JP2017204334A - Method for manufacturing electrode, nonaqueous electrolyte secondary battery, and power storage unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極の製造方法、ならびに非水電解質二次電池および蓄電ユニットに関するものである。 The present invention relates to an electrode manufacturing method, a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a power storage unit.
携帯機器、ハイブリット自動車、電気自動車または家庭用蓄電システムなどの用途に用いられる非水電解質二次電池は、容量および安定性を向上させる目的で、その製造方法について様々な検討が行われている。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries used for applications such as portable devices, hybrid cars, electric cars, and household power storage systems have been studied for their production methods for the purpose of improving capacity and stability.
例えば電極の製造方法としては、電極活物質、導電助材およびそれらを結着する結着剤を溶媒に分散させたスラリーを集電体上に塗布し、電極を形成する方法が用いられているが、当該方法においては、材料が均一に分散した高分散スラリーを調製し、極板抵抗が低い電極を作製することが重要である。 For example, as an electrode manufacturing method, a method is used in which an electrode active material, a conductive additive, and a slurry in which a binder for binding them is dispersed in a solvent are applied onto a current collector to form an electrode. However, in this method, it is important to prepare an electrode with low electrode plate resistance by preparing a highly dispersed slurry in which materials are uniformly dispersed.
特許文献1には、電極活物質とイオン界面活性剤と導電材とを含むスラリーを調整することにより、極板抵抗が低減された電極を得る、電極の製造方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses an electrode manufacturing method in which an electrode with reduced electrode plate resistance is obtained by adjusting a slurry containing an electrode active material, an ionic surfactant, and a conductive material.
しかしながら、特許文献1の技術 では、界面活性剤の添加が電池内におけるガス発生の原因となることを発明者らは見出した。 However, in the technique of Patent Document 1, the inventors have found that the addition of a surfactant causes gas generation in the battery.
本発明は当該問題を解決するためになされたものである。その目的は、電池のガス発生を低減しつつ、極板抵抗が低い電極の製造方法、および当該電極を含む非水電解質二次電池、ならびに当該非水電解質二次電池を含む蓄電池を提供することにある。 The present invention has been made to solve the problem. An object of the present invention is to provide an electrode manufacturing method with low electrode plate resistance while reducing gas generation in the battery, a nonaqueous electrolyte secondary battery including the electrode, and a storage battery including the nonaqueous electrolyte secondary battery. It is in.
本発明に係る電極の製造方法は、バインダーと、正極活物質もしくは負極活物質、または導電助材とを乾式混合して、電極合剤を調製する工程aと、電極合剤を非水溶媒に分散させて電極合剤溶液を調製する工程bと、正極活物質または負極活物質、および導電助材のうち、電極合剤に含まれない一方を電極合剤溶液に加えてスラリーを調整する工程c、とを順次行ない、スラリーの固形分濃度(SC)を75wt%未満 とする。 The method for producing an electrode according to the present invention comprises a step a in which a binder, a positive electrode active material or a negative electrode active material, or a conductive additive is dry-mixed to prepare an electrode mixture, and the electrode mixture is used as a nonaqueous solvent. The step b of preparing the electrode mixture solution by dispersing, the step of adjusting the slurry by adding one of the positive electrode active material or the negative electrode active material, and the conductive additive not included in the electrode mixture to the electrode mixture solution c) are sequentially performed so that the solid content concentration (SC) of the slurry is less than 75 wt%.
本発明に係る電極の製造方法よると、極板抵抗が低い電極、および当該電極を含む非水電解質二次電池、ならびに当該非水電解質二次電池を含む蓄電池が得られる。 According to the electrode manufacturing method of the present invention, an electrode having a low electrode plate resistance, a nonaqueous electrolyte secondary battery including the electrode, and a storage battery including the nonaqueous electrolyte secondary battery are obtained.
本発明に係る非水電解質二次電池について、理解の容易のために一実施形態である図1を用いて説明する。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention will be described with reference to FIG. 1 which is an embodiment for easy understanding.
図1は非水電解質二次電池の断面図である。非水電解質二次電池10は、正極1と、負極2と、セパレータ3とからなる積層体5、非水電解液6、端子7、および封入体8を含む。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a non-aqueous electrolyte secondary battery. The nonaqueous electrolyte
<正極および負極>
電極(正極1及び負極2)は、金属イオンの挿入及び脱離、すなわち電極反応をする機能を有し、当該電極反応により、非水電解質二次電池の充電及び放電が為される。
<Positive electrode and negative electrode>
The electrodes (positive electrode 1 and negative electrode 2) have a function of inserting and removing metal ions, that is, an electrode reaction, and the nonaqueous electrolyte secondary battery is charged and discharged by the electrode reaction.
電極は、活物質を含む活物質層と、集電体とからなる。正極1において、正極集電体22の片面または両面に正極活物質層23が形成され、負極2において、集電体32の片面または両面に負極活物質層33が形成される。
The electrode includes an active material layer containing an active material and a current collector. In the positive electrode 1, the positive electrode
なお、電極は集電体の片面に正極活物質層23、他方に負極活物質層33が形成された形態、すなわち双極型(バイポーラ)であってもよい。
The electrode may be in a form in which the positive electrode
活物質は、電極反応に寄与する物質である 。 The active material is a substance that contributes to the electrode reaction.
正極活物質としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、またはオリビン酸鉄リチウム等のリチウム遷移金属複合酸化物が好適に用いられ、安定性に優れる点から、マンガン酸リチウムがより好ましい。 As the positive electrode active material, lithium transition metal composite oxides such as lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, or lithium iron olivine are preferably used, and lithium manganate is more preferable from the viewpoint of excellent stability. .
マンガン酸リチウムとしては、Li1+xMyMn2―x―yO4 (0≦x≦0.2、0<y≦0.6、Mは2〜13族でかつ第3〜4周期に属する元素からなる群から選択される少なくとも1種)で表されるスピネル型マンガン酸リチウムであれば好適に用いられる。 Lithium manganate includes Li 1 + x MyMn 2−xy O 4 (0 ≦ x ≦ 0.2, 0 <y ≦ 0.6, M is an element belonging to Group 2-13 and belonging to the 3rd to 4th periods. Any spinel type lithium manganate represented by at least one selected from the group consisting of:
スピネル型マンガン酸リチウムは、安定性に優れる点から、Mが、Al、Mg、Zn、Ni、Co、Fe、Ti、Cu、Zr、またはCrであれば好ましく、Al、Mg、Zn、Ni、TiまたはCrがより好ましく、安定性がより優れる点から、Al、Mg、Zn、TiまたはNiがさらに好ましい。 The spinel type lithium manganate is preferably M, Al, Mg, Zn, Ni, Co, Fe, Ti, Cu, Zr, or Cr from the viewpoint of excellent stability, Al, Mg, Zn, Ni, Ti, Cr is more preferable, and Al, Mg, Zn, Ti, or Ni is more preferable from the viewpoint of more excellent stability.
スピネル型マンガン酸リチウムとしては、具体的に、
Li1+xAlyMn2―x―yO4(0≦x≦0.1、0<y≦0.1)、
Li1+xMgyMn2―x―yO4(0≦x≦0.1、0<y≦0.1)、
Li1+xZnyMn2―x―yO4(0≦x≦0.1、0<y≦0.1)、
Li1+xCryMn2―x―yO4(0≦x≦0.1、0<y≦0.1)、
Li1+xNiyMn2―x―yO4(0≦x≦0.05、0.45≦y≦0.5)、
Li1+xNiy−zAlzMn2―x―yO4(0≦x≦0.05、0.45≦y≦0.5、0.005≦z≦0.03)、
およびLi1+xNiy−zTizMn2―x―yO4(0≦x≦0.05、0.45≦y≦0.5、0.005≦z≦0.03)より選ばれる少なくとも1種が好ましく、
Li1+xAlyMn2―x―yO4(0≦x≦0.1、0<y≦0.1)、
Li1+xMgyMn2―x―yO4(0≦x≦0.1、0<y≦0.1)、
Li1+xNiyMn2―x―yO4(0≦x≦0.05、0.45≦y≦0.5)、
またはLi1+xNiy−zTizMn2―x―yO4(0≦x≦0.05、0.45≦y≦0.5、0.005≦z≦0.03)がより好ましい。
Specifically, as spinel type lithium manganate,
Li 1 + x Al y Mn 2 -x-y O 4 (0 ≦ x ≦ 0.1,0 <y ≦ 0.1),
Li 1 + x Mg y Mn 2-xy O 4 (0 ≦ x ≦ 0.1, 0 <y ≦ 0.1),
Li 1 + x Zn y Mn 2-xy O 4 (0 ≦ x ≦ 0.1, 0 <y ≦ 0.1),
Li 1 + x Cr y Mn 2 -x-y O 4 (0 ≦ x ≦ 0.1,0 <y ≦ 0.1),
Li 1 + x Ni y Mn 2-xy O 4 (0 ≦ x ≦ 0.05, 0.45 ≦ y ≦ 0.5),
Li 1 + x Ni yz Al z Mn 2−xy O 4 (0 ≦ x ≦ 0.05, 0.45 ≦ y ≦ 0.5, 0.005 ≦ z ≦ 0.03),
And it is preferably at least one selected from Li1 + xNiy-zTizMn2-x- yO 4 (0 ≦ x ≦ 0.05,0.45 ≦ y ≦ 0.5,0.005 ≦ z ≦ 0.03),
Li 1 + x Al y Mn 2 -x-y O 4 (0 ≦ x ≦ 0.1,0 <y ≦ 0.1),
Li 1 + x Mg y Mn 2-xy O 4 (0 ≦ x ≦ 0.1, 0 <y ≦ 0.1),
Li 1 + x Ni y Mn 2-xy O 4 (0 ≦ x ≦ 0.05, 0.45 ≦ y ≦ 0.5),
Or Li 1 + x Ni y-z Ti z Mn 2-x-y O 4 (0 ≦ x ≦ 0.05,0.45 ≦ y ≦ 0.5,0.005 ≦ z ≦ 0.03) is more preferable.
正極活物質は、さらに、層状岩塩型化合物を含んでいてもよい。 The positive electrode active material may further contain a layered rock salt type compound.
層状岩塩型化合物としては、Liを含まないコバルト化合物、層状岩塩型構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物などが挙げられる。 Examples of the layered rock salt type compound include a cobalt compound not containing Li, a lithium transition metal composite oxide having a layered rock salt type structure, and the like.
Liを含まないコバルト化合物としては、Co3O4またはCo2O3などのコバルト酸化物、CoO(OH)などのコバルト水酸化物、CoCO3などの炭酸コバルト、塩化コバルト、硫酸コバルト、コバルト含有有機化合物、またはフッ化コバルトが好適に用いられ、ガス発生量の抑制および充電終止電圧の高電圧化の効果が大きい点から、コバルト酸化物、コバルト水酸化物、または炭酸コバルトがより好ましい。 As a cobalt compound not containing Li, cobalt oxide such as Co 3 O 4 or Co 2 O 3 , cobalt hydroxide such as CoO (OH), cobalt carbonate such as CoCO 3 , cobalt chloride, cobalt sulfate, cobalt-containing An organic compound or cobalt fluoride is preferably used, and cobalt oxide, cobalt hydroxide, or cobalt carbonate is more preferable from the viewpoints of suppressing gas generation and increasing the effect of increasing the charge end voltage.
層状岩塩型構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物としては、LiaNibCocMndXeO2(但し、Xは、B、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Sr、Zr、Nb、Mo、In、Snからなる群から選択される少なくとも1種、0<a≦1.2、0≦b、c、d、e≦1、およびb+c+d+e=1)で表される化合物が好ましく、ガス発生減少、および充電終止電圧の高電圧化の効果 が大きいことから、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.5Mn0.5O2、LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2、LiMn0.1Ni0.1Co0.8O2、LiNi0.8Co0.16Al0.04O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNiO2、LiMnO2、およびLiCoO2より選ばれる1種がより好ましく、LiCoO2がさらに好ましい。
As the lithium transition metal composite oxide having a layered rock salt type structure, Li a Ni b Co c Mn d X e O 2 (where X is B, Mg, Al, Si, Ti, V, Cr, Fe, Cu) , Zn, Ga, Ge, Sr, Zr, Nb, Mo, In, Sn, at least one selected from the group consisting of 0 <a ≦ 1.2, 0 ≦ b, c, d, e ≦ 1, and b + c + d + e = 1) is preferable, and since the effect of reducing gas generation and increasing the charge end voltage is large, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiMn 0.4 Ni 0.4 Co 0.2 O 2 , LiMn 0.1 Ni 0.1 Co 0.8 O 2, LiNi 0.8 Co 0.16 Al 0 04 O 2, LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05
また、LiaNibCocMndXeO2は、aが1より大きい、いわゆるリチウムリッチ系であってもよい。 In addition, Li a Ni b Co c Mn d X e O 2 may be a so-called lithium rich system in which a is greater than 1.
正極活物質における層状岩塩型化合物の割合は、1wt%以上10wt%以下が好ましい。 The ratio of the layered rock salt type compound in the positive electrode active material is preferably 1 wt% or more and 10 wt% or less.
特に正極活物質におけるスピネル型マンガン酸リチウムの重量をAとし、層状岩塩型化合物の重量をBとした場合に、0.01≦B/(A+B)≦0.1の範囲を含むことが好ましい。このような範囲であれば、ガス発生量減少の効果が大きく、さらに充電終止電圧の高電圧化の効果が大きい。 In particular, when the weight of the spinel type lithium manganate in the positive electrode active material is A and the weight of the layered rock salt type compound is B, it is preferable to include a range of 0.01 ≦ B / (A + B) ≦ 0.1. Within such a range, the effect of reducing the amount of gas generated is great, and the effect of increasing the charge end voltage is also great.
正極活物質の表面は、導電性向上および安定性向上のため、炭素材料、金属酸化物、または高分子等で覆われてもよい。 The surface of the positive electrode active material may be covered with a carbon material, a metal oxide, a polymer, or the like in order to improve conductivity and stability.
負極活物質としては、炭素材料、シリカ(Si)、SiO2、スズ(Sn)またはチタン含有酸化物が好適に用いられ、材料自身の安定性が高いことから、チタン含有酸化物がより好ましい。 As the negative electrode active material, a carbon material, silica (Si), SiO 2 , tin (Sn), or a titanium-containing oxide is preferably used, and a titanium-containing oxide is more preferable because the material itself has high stability.
チタン含有酸化物としては、充放電反応時における不可逆容量が小さいことから、チタン酸リチウムまたは二酸化チタンが好ましい。 As the titanium-containing oxide, lithium titanate or titanium dioxide is preferable because of its small irreversible capacity during the charge / discharge reaction.
チタン酸リチウムは、スピネル構造またはラムズデライト型であることが好ましく、電極反応時における活物質の膨張収縮が小さく、電池のサイクル特性が良好となる点から、分子式としてLi4Ti5O12で表されるスピネル構造がより好ましい。 Lithium titanate is preferably a spinel structure or a ramsdellite type, and the molecular formula is expressed as Li 4 Ti 5 O 12 from the viewpoint that the expansion and contraction of the active material during the electrode reaction is small and the cycle characteristics of the battery are good. The spinel structure is more preferable.
二酸化チタンとしては、ブロンズ(B)型二酸化チタン、アナターゼ型二酸化チタンまたはラムズデライト型二酸化チタン等が例示されるが、不可逆容量が小さく、電池のサイクル安定性に優れることから、B型二酸化チタンが好ましい。 Examples of titanium dioxide include bronze (B) type titanium dioxide, anatase type titanium dioxide, or ramsdellite type titanium dioxide, etc., but since irreversible capacity is small and cycle stability of the battery is excellent, B type titanium dioxide is preferable.
なおチタン含有酸化物は、さらにニオブ(Nb)などのチタン以外の元素を微量含んでいてもよい。 The titanium-containing oxide may further contain a trace amount of elements other than titanium such as niobium (Nb).
これら負極活物質は、1種類を用いてもよいし、2種類以上組み合わせて用いてもよい。 One type of these negative electrode active materials may be used, or two or more types may be used in combination.
また負極活物質は、導電性および安定性を良好にする目的で、表面が炭素材料、金属酸化物または高分子等で覆われてもよい。 Further, the surface of the negative electrode active material may be covered with a carbon material, a metal oxide, a polymer, or the like for the purpose of improving conductivity and stability.
集電体22,32は、活物質層23,33から集電をする部材である。
The
正極の集電体22としては、アルミニウムおよびその合金であることが好ましい。アルミニウムとしては、正極反応雰囲気下で安定であることから、特に限定されないが、JIS規格1030、1050、1085、1N90、1N99等に代表される高純度アルミニウムであることが好ましい。
The positive electrode
負極の集電体32としては、銅、SUS、ニッケル、チタン、アルミニウムおよびそれらの合金が好適に用いられる。
As the negative electrode
集電体22,32の厚みは、特に限定されないが、10μm以上100μm以下であることが好ましい。
The thickness of the
正極の電気容量と負極の電気容量との比は、1≦D/C≦1.2(Cは正極1cm2あたりの電気容量を示し、Dは負極1cm2あたりの電気容量を示す。)を満たすことが好ましい。D/Cが1以上であれば、過充電時に負極の電位がリチウムの析出電位とならない。一方でD/Cが1.2以下であれば、負極活物質による副反応が少なくなり、ガス発生が抑えられる。
The ratio between the electric capacity of the positive electrode and the electric capacity of the negative electrode satisfies 1 ≦ D / C ≦ 1.2 (C indicates the electric capacity per 1
正極と負極との面積比は、特に限定されないが、1≦F/E≦1.2(Eは正極の面積、Fは負極の面積を示す。)を満たすことが好ましい。F/Eが1以上であれば、負極の面積が正極よりも大きくなって、負極でのリチウム析出が抑えられる。一方F/Eが1.2以下であれば、正極に接する負極面積の割合が大きくなるため、電池反応に関与しない負極活物質による副反応が起きにくくなり、その結果ガス発生が抑止される。 The area ratio between the positive electrode and the negative electrode is not particularly limited, but preferably satisfies 1 ≦ F / E ≦ 1.2 (E represents the area of the positive electrode and F represents the area of the negative electrode). If F / E is 1 or more, the area of the negative electrode is larger than that of the positive electrode, and lithium deposition at the negative electrode is suppressed. On the other hand, if F / E is 1.2 or less, since the ratio of the negative electrode area in contact with the positive electrode is increased, side reactions due to the negative electrode active material not involved in the battery reaction are less likely to occur, and as a result, gas generation is suppressed.
正極および負極は、さらに導電助材を含んでいてもよい。導電助材とは、電極の導電性を補助する働きを有する、導電性の物質である。 The positive electrode and the negative electrode may further contain a conductive additive. The conductive aid is a conductive substance having a function of assisting the conductivity of the electrode.
正極の導電助材としては、炭素材料であれば好適に用いられ、天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、およびファーネスブラックよりなる群から選ばれる少なくとも1つが好ましく、アセチレンブラックおよび/またはケッチェンブラックがより好ましい。 The conductive additive for the positive electrode is suitably used as long as it is a carbon material, and is at least selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, vapor-grown carbon fiber, carbon nanotube, acetylene black, ketjen black, and furnace black. One is preferred, and acetylene black and / or ketjen black is more preferred.
負極の導電助材としては、特に限定されないが、金属材料または炭素材料が好ましい。 Although it does not specifically limit as a conductive support material of a negative electrode, A metal material or a carbon material is preferable.
金属材料としては、銅またはニッケルなどが好適に用いられる
炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、アセチレンブラック、ケッチェンブラックまたはファーネスブラックなどが挙げられる。
As the metal material, copper or nickel is preferably used. Examples of the carbon material include natural graphite, artificial graphite, vapor grown carbon fiber, carbon nanotube, acetylene black, ketjen black, and furnace black.
正極または負極に含まれる導電助材は、比表面積が400m2/g以下が好ましく、100m2/g以下がより好ましい。 Conductive additive included in the positive electrode or the negative electrode has a specific surface area of preferably 400 meters 2 / g or less, 100 m 2 / g or less is more preferable.
これら導電助材は1種類を用いてもよいし、2種類以上用いてもよい。 One kind of these conductive aids may be used, or two or more kinds may be used.
正極または負極に含まれる導電助材の量は、正極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは2重量部以上15重量部以下である。このような範囲であれば、正極の導電性が確保され、かつ集電体と活物質層との接着性が好適となる。 The amount of the conductive additive contained in the positive electrode or the negative electrode is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material. If it is such a range, the electroconductivity of a positive electrode will be ensured and the adhesiveness of a collector and an active material layer will become suitable.
正極および負極は、さらにバインダーを含んでいてもよい。バインダーとは、活物質層23,33内の材料同士の結着性、および活物質層23,33と集電体22,32との結着性を高める材料である。
The positive electrode and the negative electrode may further contain a binder. The binder is a material that enhances the binding property between the materials in the active material layers 23 and 33 and the binding property between the active material layers 23 and 33 and the
バインダーとしては、特に限定されないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム、ポリイミド、およびそれらの誘導体からなる群からえらばれる少なくとも1種を用いることができる。 The binder is not particularly limited, but for example, at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber, polyimide, and derivatives thereof may be used. it can.
正極または負極に含まれるバインダーの量は、正極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは2重量部以上15重量部以下である。このような範囲であれば、活物質層と集電体との接着性が好適となる。 The amount of the binder contained in the positive electrode or the negative electrode is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material. If it is such a range, the adhesiveness of an active material layer and a collector will become suitable.
<電極の作製方法>
電極の作製方法としては、正極活物質または 負極活物質、導電助材、バインダー、および非水溶媒を含む電極用スラリーを作製し、その後、電極用スラリーを集電体上に担持し、そして非水溶媒を除去して、活物質層を集電体上に形成する方法が好適に用いられる。
<Method for producing electrode>
As an electrode manufacturing method, an electrode slurry containing a positive electrode active material or a negative electrode active material, a conductive additive, a binder, and a non-aqueous solvent is prepared, and then the electrode slurry is supported on a current collector, A method of removing the aqueous solvent and forming an active material layer on the current collector is preferably used.
非水溶媒は、スラリー中において活物質などの材料を分散させる働きをもつ。 The non-aqueous solvent has a function of dispersing a material such as an active material in the slurry.
非水溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、またはテトラヒドロフランが好適に用いられる。 As the non-aqueous solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, or tetrahydrofuran is preferably used.
<スラリーの製造方法>
スラリーの製造方法は、バインダーと、正極活物質もしくは負極活物質、または導電助材とを乾式混合して、電極合剤を調製する工程aと、電極合剤を非水溶媒に分散させた電極合剤溶液を調製する工程bと、正極活物質または負極活物質、および導電助材のうち、電極合剤に含まれない一方を電極合剤溶液に加えてスラリーを調整する工程c、とを順次行なうことを要する。
<Method for producing slurry>
The manufacturing method of the slurry includes a step a in which a binder, a positive electrode active material or a negative electrode active material, or a conductive additive is dry-mixed to prepare an electrode mixture, and an electrode in which the electrode mixture is dispersed in a non-aqueous solvent Step b for preparing a mixture solution and Step c for adjusting the slurry by adding one of the positive electrode active material or the negative electrode active material and the conductive additive not included in the electrode mixture to the electrode mixture solution. Must be done sequentially.
ここでいう乾式混合とは、液体を含まない固体材料の混合を指し、固体材料の形状としては粉体、粒体などが好適に用いられる。 Dry mixing here refers to mixing of a solid material that does not contain a liquid. As the shape of the solid material, powder, granules, and the like are preferably used.
各工程a〜cの具体的な手段としては、自転公転ミキサー、ボールミル、プラネタリーミキサー、ジェットミル、超音波分散機、または薄膜旋回型ミキサーによる混合であれば好適に用いられ、自転公転ミキサー、プラネタリーミキサー、または薄膜旋回型ミキサーがより好ましく、量産性に優れる点から、プラネタリーミキサーがさらに好ましい。 As specific means of each step a to c, a revolving and revolving mixer, a ball mill, a planetary mixer, a jet mill, an ultrasonic disperser, or a thin film swirl mixer is preferably used, and a revolving and revolving mixer, A planetary mixer or a thin film swirl type mixer is more preferable, and a planetary mixer is more preferable from the viewpoint of excellent mass productivity.
工程aで電極活物質とバインダーとを乾式混合してもよいし、導電助材とバインダーとを乾式混合してもよい。 In the step a, the electrode active material and the binder may be dry mixed, or the conductive additive and the binder may be dry mixed.
工程cにおけるスラリーの固形分濃度は75wt%未満であることを要し 、良好な電極形成が行われる点から、66wt%以下が好ましく、30wt%以上66wt%以下がより好ましい。 The solid content concentration of the slurry in step c is required to be less than 75 wt%, and is preferably 66 wt% or less, more preferably 30 wt% or more and 66 wt% or less, from the viewpoint of good electrode formation.
工程cにおけるスラリーの粘度は500cP以上8000cP以下が好ましく、活物質の分散性が良好となる点から、500cP以上5000cP以下がより好ましく、スラリーの加工性が良好となる点から、600cP以上4000cP以下がさらに好ましく、1000cP以上4000cP以下が特に好ましい。 The viscosity of the slurry in step c is preferably 500 cP or more and 8000 cP or less, more preferably 500 cP or more and 5000 cP or less from the viewpoint of good dispersibility of the active material, and 600 cP or more and 4000 cP or less from the point that the workability of the slurry is improved. More preferred is 1000 cP or more and 4000 cP or less.
さらに工程cの後に、 スラリーの粘度を調整する目的で、スラリーを希釈または濃縮しても良い。希釈には、工程bと同じ非水溶媒を用いても良いし、それ以外の溶媒を用いても良い。 Further, after step c, the slurry may be diluted or concentrated for the purpose of adjusting the viscosity of the slurry. For the dilution, the same nonaqueous solvent as in step b may be used, or a solvent other than that may be used.
材料から余分な空気および水分が抜けてスラリーの分散性が良好となる点から、工程a〜cにおいて、少なくとも工程cが減圧下で行われることが好ましく、工程a〜cが減圧下で行われることがより好ましい。 From the point that excess air and moisture escape from the material and the dispersibility of the slurry becomes good, in steps a to c, at least step c is preferably performed under reduced pressure, and steps a to c are performed under reduced pressure. It is more preferable.
工程a〜cにおける混合の条件は特に限定されないが、混合機内温度が0〜40℃、外気水分濃度が2%以下、かつ気圧がゲージ圧表示−0.1MPa以上0.0MPa以下であれば好適である。 The mixing conditions in the steps a to c are not particularly limited, but it is preferable if the temperature in the mixer is 0 to 40 ° C., the moisture concentration in the outside air is 2% or less, and the atmospheric pressure is indicated by gauge pressure −0.1 MPa or more and 0.0 MPa or less. It is.
<セパレータ>
セパレータ3は、正極1と負極2との間に設置され、これらの間のリチウムイオンなどの金属イオンの伝導を仲介する媒体としての機能を有する。
<Separator>
The
セパレータとしては、電気絶縁性を有し、かつ非水電解液を含浸する構造であれば特に限定されず、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタラート、及びそれらを2種類以上複合した織布、不織布または微多孔膜が好適に用いられる。サイクル特性の安定性が優れることから、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタラート、及びそれらを2種類以上複合した不織布よりが好ましい。 The separator is not particularly limited as long as it has an electrical insulation property and is impregnated with a non-aqueous electrolyte. Nylon, cellulose, polysulfone, polyethylene, polypropylene, polybutene, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, polyethylene terephthalate And a woven fabric, a nonwoven fabric or a microporous membrane in which two or more of them are combined are preferably used. Nylon, cellulose, polysulfone, polyethylene, polypropylene, polybutene, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, polyethylene terephthalate, and a nonwoven fabric obtained by combining two or more of them are preferable because of excellent stability of cycle characteristics.
セパレータは、各種可塑剤、酸化防止剤または難燃剤が含まれてもよいし、金属酸化物等が被覆されていてもよい。 The separator may contain various plasticizers, antioxidants or flame retardants, and may be coated with a metal oxide or the like.
セパレータの厚みは、10μm以上100μm以下であれば好適である。 The thickness of the separator is preferably 10 μm or more and 100 μm or less.
セパレータと負極との面積比は特に限定されないが、1≦H/G≦1.5(
Gは負極の面積、Hはセパレータの面積を示す。)を満たすことが好ましい。
The area ratio between the separator and the negative electrode is not particularly limited, but 1 ≦ H / G ≦ 1.5 (
G represents the area of the negative electrode, and H represents the area of the separator. ) Is preferably satisfied.
H/Gが1以上であれば、正極と負極との接触が起こりにくくなり、1.5以下であれば電池の体積が小さくて済むため、その結果、電池の出力密度は高くなる。 If H / G is 1 or more, contact between the positive electrode and the negative electrode is difficult to occur, and if it is 1.5 or less, the volume of the battery can be small. As a result, the output density of the battery increases.
<積層体>
積層体は、正極1と負極2との間にセパレータ3を配置したものを倦回または積層してなる。
<Laminated body>
The laminate is formed by winding or laminating a
<非水電解液>
非水電解液6は、正極1と負極2との間のイオン伝達を媒介する機能を有し、非水溶媒に溶質を溶解させた電解液、または非水溶媒に溶質を溶解させた電解液を高分子に含浸させたゲル電解質などを用いることができる。
<Non-aqueous electrolyte>
The nonaqueous
溶質としては、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiBOB(Lithium Bis (Oxalato) Borate)、LiN(SO2CF3)2などのリチウム塩であれば好適に用いられる。
As the solute, lithium salts such as LiClO 4, LiBF 4,
非水溶媒としては、環状の非プロトン性溶媒及び/又は鎖状の非プロトン性溶媒を含むことが好ましい。環状の非プロトン性溶媒としては、環状カーボネート、環状エステル、環状スルホン及び環状エーテルなどが例示される。鎖状の非プロトン性溶媒としては、鎖状カーボネート、鎖状カルボン酸エステル、鎖状エーテル、及びアセトニトリルなどの一般的に非水電解質の溶媒として用いられる溶媒を用いても良い。より具体的には、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、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、γ−ブチルラクトン、1,2−ジメトキシエタン、スルホラン、ジオキソラン、プロピオン酸メチルなどを用いることができる。これら溶媒は1種類で用いてもよいし、2種類以上混合しても用いてもよいが、後述の溶質を溶解させやすさ、リチウムイオンの伝導性の高さから、2種類以上混合した溶媒を用いることが好ましい。 The non-aqueous solvent preferably includes a cyclic aprotic solvent and / or a chain aprotic solvent. Examples of the cyclic aprotic solvent include cyclic carbonates, cyclic esters, cyclic sulfones and cyclic ethers. As the chain aprotic solvent, a solvent generally used as a solvent for nonaqueous electrolytes such as a chain carbonate, a chain carboxylic acid ester, a chain ether, and acetonitrile may be used. More specifically, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyl lactone, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dioxolane, propion For example, methyl acid can be used. These solvents may be used alone or as a mixture of two or more. However, in view of the ease of dissolving the solute described below and the high conductivity of lithium ions, a mixture of two or more of these solvents. Is preferably used.
2種類以上混合する場合、高温時の安定性が高く、且つ低温時のリチウム伝導性が高いことから、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、およびメチルプロピルカーボネートに例示される鎖状カーボネートのうち1種類以上、と、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、γ−ブチルラクトンに例示される環状化合物のうち1種類以上との混合が好ましく、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、およびジエチルカーボネートに例示される鎖状カーボネートのうち1種類以上と、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に例示される環状カーボネートのうち1種類以上との混合が特に好ましい。 When two or more types are mixed, the chain is exemplified by dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, and methyl propyl carbonate because of high stability at high temperatures and high lithium conductivity at low temperatures. Preferred is a mixture of one or more of the carbonates and one or more of the cyclic compounds exemplified by ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and γ-butyllactone, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate Particularly preferred is a mixture of one or more of the chain carbonates exemplified in 1) and one or more of the cyclic carbonates exemplified by ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate.
なお非水電解液6は、難燃性の賦与および非水電解液と電極との副反応抑止に好適である点から、被膜形成剤がさらに含まれていても良い。
The nonaqueous
溶質の濃度は、0.5mol/L以上2.0mol/L以下であれば好適に用いられる。 The solute concentration is suitably used as long as it is 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less.
非水電解液6の量は、特に限定されないが、電池容量1Ahあたり、0.1mL以上であることが好ましい。
The amount of the nonaqueous
非水電解液6は、正極、負極およびセパレータに含ませてもよいし、それらを積層体としたに添加してもよい。
The nonaqueous
<端子>
端子7は、非水電解質二次電池10と外部機器とを電気的に繋ぐ部材である。
<Terminal>
The
端子7は、正極形成部材15および正極端子71、または負極形成部材16および負極端子72に接続される。
The
端子7としては、導電体であれば好適に用いられ、性能とコストとのバランスが良好である点から、アルミニウムがより好ましい。
As the
<封入体>
封入体8は、積層体5および非水電解液6を、非水電解質二次電池10の外にある水分および空気から保護する機能を有する。
<Inclusion body>
The enclosure 8 has a function of protecting the
封入体8としては、金属箔にヒートシール用の熱可塑性樹脂層を設けた複合フィルム、蒸着やスパッタリングによって形成された金属層、または角形、楕円形、円筒形、コイン形、ボタン形もしくはシート形の金属缶が好適に用いられ、複合フィルムがより好ましい。 As the enclosure 8, a composite film in which a thermoplastic resin layer for heat sealing is provided on a metal foil, a metal layer formed by vapor deposition or sputtering, or a square, oval, cylindrical, coin, button, or sheet shape. The metal can is suitably used, and a composite film is more preferable.
<蓄電装置>
本発明の非水電解質二次電池は、複数接続することによって組電池とすることができる。
<Power storage device>
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be formed into an assembled battery by connecting a plurality of the nonaqueous electrolyte secondary batteries.
本発明の組電池は、所望の大きさ、容量、電圧によって適宜直列および/または並列に接続することによって作製することができる。 The assembled battery of the present invention can be produced by appropriately connecting in series and / or in parallel depending on the desired size, capacity, and voltage.
組電池は、電池の充電状態の確認および安全性向上のため、制御回路を有することが好ましい。 The assembled battery preferably has a control circuit for confirming the state of charge of the battery and improving safety.
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更実施が可能である。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited by these Examples, In the range which does not change the summary, it can change suitably.
<実施例1>
(スピネル型マンガン酸リチウムの製造)
Li1.1Al0.1Mn1.8O4の粉末を、文献(Electrochemical and Solid−State Letters、9(12)、A557(2006))に記載されている方法を応用して製造した。
<Example 1>
(Manufacture of spinel type lithium manganate)
A powder of Li 1.1 Al 0.1 Mn 1.8 O 4 was produced by applying the method described in the literature (Electrochemical and Solid-State Letters, 9 (12), A557 (2006)).
(コバルト酸リチウムの製造)
コバルト原子とリチウム原子の原子比が1:1.03となるように、コバルト水酸化物と水酸化リチウム一水和物とを秤量して、十分に混合した。その後、得られた粉状の混合物を大気雰囲気中で850℃の温度で所定の時間焼成および粉砕することにより、コバルト酸リチウムを得た。
(Manufacture of lithium cobaltate)
The cobalt hydroxide and lithium hydroxide monohydrate were weighed and mixed well so that the atomic ratio of cobalt atoms to lithium atoms was 1: 1.03. Then, lithium cobaltate was obtained by baking and grind | pulverizing the obtained powdery mixture for a predetermined time at the temperature of 850 degreeC in air | atmosphere atmosphere.
(正極の作製)
まず導電助材としてアセチレンブラック(比表面積68m2/g) を4重量部、およびバインダーとしてPVdF4重量部をプラネタリーミキサーに添加して、高速攪拌機および低速攪拌機の回転数を50rpmに設定して10分間混合し、電極合剤を得た。
(Preparation of positive electrode)
First, 4 parts by weight of acetylene black (specific surface area 68 m 2 / g) as a conductive additive and 4 parts by weight of PVdF as a binder were added to a planetary mixer, and the number of revolutions of a high-speed stirrer and a low-speed stirrer was set to 50 rpm. The mixture was mixed for a minute to obtain an electrode mixture.
次にNMP77重量部を加えて高速攪拌機の回転数を1000rpmおよび低速攪拌機の回転数を90rpmに設定し、20分間混合して電極合剤溶液を調製した。 Next, 77 parts by weight of NMP was added, the rotation speed of the high-speed stirrer was set to 1000 rpm and the rotation speed of the low-speed stirrer was set to 90 rpm, and the mixture was mixed for 20 minutes to prepare an electrode mixture solution.
次にスピネル型マンガン酸リチウム(LMO)とコバルト酸リチウム(LCO)を96:4の重量比で混合した正極活物質92重量部を加えて、高速攪拌機の回転数を400rpmおよび低速攪拌機の回転数を60rpmに設定して10分間混合した。 Next, 92 parts by weight of a positive electrode active material obtained by mixing spinel type lithium manganate (LMO) and lithium cobaltate (LCO) at a weight ratio of 96: 4 was added, and the rotation speed of the high-speed stirrer was 400 rpm and the rotation speed of the low-speed stirrer Was set to 60 rpm and mixed for 10 minutes.
その後、高速攪拌機の回転数を2000rpmおよび低速攪拌機の回転数を150rpmに設定して30分間混合して正極スラリーを調製した。このとき、スラリーを固形分濃度(SC)56%とした。 Thereafter, the high speed stirrer was set to 2000 rpm and the low speed stirrer was set to 150 rpm, and mixed for 30 minutes to prepare a positive electrode slurry. At this time, the slurry was set to a solid content concentration (SC) of 56%.
その後、得られた正極スラリーにNMPを15重量部添加し、希釈混合したものを電極用スラリーAとした。 Thereafter, 15 parts by weight of NMP was added to the obtained positive electrode slurry, and a mixture obtained by dilution was used as slurry A for electrodes.
また、低速攪拌機の回転数を10rpmに設定して電極用スラリーAを終夜混合したものを電極用スラリーBとした。 Further, the electrode slurry B was prepared by mixing the electrode slurry A overnight with the rotation speed of the low-speed stirrer set to 10 rpm.
次に、電極用スラリーAをアルミニウム箔(15μm)の両面に塗工した電極シートを170℃で真空乾燥し、4cm×6cmの大きさに打ち抜くことで正極A を得た。 Next, the electrode sheet in which the slurry A for electrodes was coated on both surfaces of an aluminum foil (15 μm) was vacuum-dried at 170 ° C. and punched into a size of 4 cm × 6 cm to obtain a positive electrode A 1.
また電極用スラリーBをアルミニウム箔(15μm)の両面に塗工した電極シートを170℃で真空乾燥した後に、4cm×6cmの大きさに打ち抜くことで正極Bを得た。 Moreover, after the electrode sheet which apply | coated the slurry B for electrodes on both surfaces of aluminum foil (15 micrometers) was vacuum-dried at 170 degreeC, the positive electrode B was obtained by punching out to a magnitude | size of 4 cm x 6 cm.
(負極の作製)
まず、Li4Ti5O12の粉末を、文献(Journal of Electrochemical Society、142、1431(1995))に記載されている方法で製造した。
(Preparation of negative electrode)
First, Li 4 Ti 5 O 12 powder was produced by the method described in the literature (Journal of Electrochemical Society, 142, 1431 (1995)).
次に、負極活物質としてLi4Ti5O12を92重量部、導電助材としてアセチレンブラックを3重量部、バインダーとしてPVdFを5重量部、および溶媒としてNMPを128重量部を含む負極スラリーを混合した。 Next, a negative electrode slurry containing 92 parts by weight of Li 4 Ti 5 O 12 as a negative electrode active material, 3 parts by weight of acetylene black as a conductive additive, 5 parts by weight of PVdF as a binder, and 128 parts by weight of NMP as a solvent is prepared. Mixed.
次に、負極スラリーをアルミニウム箔(15μm)に塗工した後に170℃で真空乾燥し、得られた電極シートを4.3cm×6.3cmの大きさに打ち抜くことで負極を得た。 Next, the negative electrode slurry was applied to an aluminum foil (15 μm) and then vacuum-dried at 170 ° C., and the obtained electrode sheet was punched into a size of 4.3 cm × 6.3 cm to obtain a negative electrode.
(非水電解質二次電池の作製)
正極Aを13枚、負極を14枚用い、それぞれをポリプロピレン(22μm)を介して正極と負極が交互になるように重ね合わせた後、これらの正極をまとめて正極端子1個に、これらの負極をまとめて負極端子1個に、各々振動溶着させることで、端子を備える電極群を得た。
(Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery)
13 positive electrodes A and 14 negative electrodes were superposed on each other so that the positive electrodes and the negative electrodes alternated with each other via polypropylene (22 μm), and these positive electrodes were combined into one positive electrode terminal. Were collectively welded to one negative electrode terminal to obtain an electrode group having terminals.
次に、この端子を備える電極群を、端子が部分的に外側に延在するようにして、袋状のアルミラミネートシートに入れ、さらにそこに、非水電解液(非水溶媒としてエチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=3:7(体積比)、支持塩である溶質としてLiPF6=1mol/Lを使用)を6mL入れ、その袋内を減圧しながら袋の開口部を封止し、更に12時間養生することによって非水電解質二次電池を得た。 Next, the electrode group including this terminal is placed in a bag-like aluminum laminate sheet so that the terminal partially extends outward, and further, there is a non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate as a non-aqueous solvent: 6 mL of dimethyl carbonate = 3: 7 (volume ratio), LiPF 6 = 1 mol / L is used as a solute as a supporting salt), and the bag opening is sealed while reducing the pressure inside the bag, and further cured for 12 hours As a result, a non-aqueous electrolyte secondary battery was obtained.
<実施例2>
以下の工程以外は実施例1と同じとした。正極作製において、実施例1の正極活物質92重量部、およびPVdF4重量部をプラネタリーミキサーに添加して、高速攪拌機および低速攪拌機の回転数を50rpmに設定し、10分間混合した。
<Example 2>
The process was the same as Example 1 except for the following steps. In preparation of the positive electrode, 92 parts by weight of the positive electrode active material of Example 1 and 4 parts by weight of PVdF were added to the planetary mixer, and the rotation speeds of the high-speed stirrer and the low-speed stirrer were set to 50 rpm and mixed for 10 minutes.
次にNMP53重量部を加えて高速攪拌機の回転数を1000rpmおよび低速攪拌機の回転数を60rpmに設定し、20分間混合して電極合剤溶液を調製した。 Next, 53 parts by weight of NMP was added, the rotation speed of the high-speed stirrer was set to 1000 rpm, and the rotation speed of the low-speed stirrer was set to 60 rpm, and the mixture was mixed for 20 minutes to prepare an electrode mixture solution.
次に導電助材としてアセチレンブラック2重量部およびケッチェンブラック(比表面積380m2/g) 2重量部を加えて、高速攪拌機の回転数を400rpmおよび低速攪拌機の回転数を60rpmに設定して10分間混合した。 Next, 2 parts by weight of acetylene black and 2 parts by weight of ketjen black (specific surface area of 380 m 2 / g) were added as conductive aids, and the speed of the high-speed stirrer was set to 400 rpm and the speed of the low-speed stirrer was set to 60 rpm. Mixed for minutes.
その後、NMP28重量部を加えて高速攪拌機の回転数を2000rpmおよび低速攪拌機の回転数を150rpmに設定して20分間混合して正極スラリーを調製した。このとき、スラリーのSCを56%とした。 Thereafter, 28 parts by weight of NMP was added, the rotation speed of the high-speed stirrer was set to 2000 rpm, and the rotation speed of the low-speed stirrer was set to 150 rpm, and mixed for 20 minutes to prepare a positive electrode slurry. At this time, SC of the slurry was 56%.
その後、得られたスラリーにNMPを9重量部添加し、希釈混合したものを電極用スラリーAとした。さらに低速攪拌機の回転数を10rpmに設定して電極用スラリーAを終夜混合したものを電極用スラリーBとした。 Thereafter, 9 parts by weight of NMP was added to the obtained slurry, and a mixture obtained by dilution was designated as slurry A for electrodes. Further, the electrode slurry A was prepared by mixing the electrode slurry A overnight with the rotation speed of the low-speed stirrer set to 10 rpm.
次に、電極用スラリーAをアルミニウム箔(15μm)の両面に塗工した電極シートを170℃で真空乾燥した後に、4cm×6cmの大きさに打ち抜くことで正極Aを得た。 Next, the electrode sheet in which the slurry A for electrodes was coated on both sides of an aluminum foil (15 μm) was vacuum-dried at 170 ° C. and then punched out to a size of 4 cm × 6 cm to obtain a positive electrode A.
さらに電極用スラリーBをアルミニウム箔(15μm)の両面に塗工した電極シートを170℃で真空乾燥した後に、4cm×6cmの大きさに打ち抜くことで正極Bを得た。 Further, an electrode sheet obtained by coating the electrode slurry B on both surfaces of an aluminum foil (15 μm) was vacuum dried at 170 ° C. and then punched out to a size of 4 cm × 6 cm to obtain a positive electrode B.
<比較例1>
以下の工程以外は実施例1と同じとした。正極作製において、まず、実施例1の正極活物質92重量部およびアセチレンブラック4重量部を含む電極合剤とした。
<Comparative Example 1>
The process was the same as Example 1 except for the following steps. In producing the positive electrode, first, an electrode mixture containing 92 parts by weight of the positive electrode active material of Example 1 and 4 parts by weight of acetylene black was obtained.
さらに、PVdF4重量部にNMP46重量部を加えて溶かした溶液を作成し、溶液44重量部と電極合剤とを、高速攪拌機の回転数を400rpmおよび低速攪拌機の回転数を60rpmに設定し、20分間混合して電極合剤溶液を調整した。 Furthermore, a solution was prepared by adding 46 parts by weight of NMP to 4 parts by weight of PVdF, dissolving 44 parts by weight of the solution and the electrode mixture, setting the rotation speed of the high-speed stirrer to 400 rpm and the rotation speed of the low-speed stirrer to 60 rpm, The electrode mixture solution was prepared by mixing for minutes.
その後、高速攪拌機の回転数を2000rpmおよび低速攪拌機の回転数を150rpmに設定して40分間混合して正極スラリーを調製した。このとき、スラリーのSCを71wt%とした。 Thereafter, the high speed stirrer was set to 2000 rpm and the low speed stirrer was set to 150 rpm, and mixed for 40 minutes to prepare a positive electrode slurry. At this time, the SC of the slurry was 71 wt%.
そして、スラリーに溶液6重量部を加え、NMP33重量部で希釈したものを電極用スラリーAとした。 Then, 6 parts by weight of the solution was added to the slurry, and diluted with 33 parts by weight of NMP was used as slurry A for electrodes.
<比較例2>
以下の工程以外は実施例1と同じとした。正極作製において、まず、アセチレンブラック4重量部、PVdF4重量部、NMP58重量部、および微量の界面活性剤を含む分散剤液を作成した。次に、LMOとLCOとを96:4の重量比で混合した正極活物質92重量部と、分散剤液34重量部をプラネタリーミキサーに添加して、高速攪拌機の回転数を400rpmおよび低速攪拌機の回転数を60rpmに設定し、20分間混合して電極合剤溶液を調製した。
<Comparative example 2>
The process was the same as Example 1 except for the following steps. In preparing the positive electrode, first, a dispersant liquid containing 4 parts by weight of acetylene black, 4 parts by weight of PVdF, 58 parts by weight of NMP, and a trace amount of a surfactant was prepared. Next, 92 parts by weight of the positive electrode active material obtained by mixing LMO and LCO at a weight ratio of 96: 4 and 34 parts by weight of the dispersant liquid were added to the planetary mixer, and the rotational speed of the high-speed stirrer was 400 rpm and the low-speed stirrer. Was set to 60 rpm and mixed for 20 minutes to prepare an electrode mixture solution.
次に高速攪拌機の回転数を2000rpmおよび低速攪拌機の回転数を150rpmに設定して40分間混合して正極スラリーを調製した。このとき、スラリーのSCを76%とした。 Next, the high speed stirrer was set to 2000 rpm and the low speed stirrer was set to 150 rpm, and mixed for 40 minutes to prepare a positive electrode slurry. At this time, SC of the slurry was 76%.
そして、スラリーを実施例2の分散剤液32重量部で希釈混合したものを電極用スラリーAとした。 Then, a slurry obtained by diluting and mixing the slurry with 32 parts by weight of the dispersant liquid of Example 2 was designated as an electrode slurry A.
<比較例3>
以下の工程以外は実施例1と同じとした。正極作製において、まず、実施例1の正極活物質92重量部、アセチレンブラック3重量部、およびPVdF3重量部を含む電極合剤とした。
<Comparative Example 3>
The process was the same as Example 1 except for the following steps. In preparing the positive electrode, first, an electrode mixture containing 92 parts by weight of the positive electrode active material of Example 1, 3 parts by weight of acetylene black, and 3 parts by weight of PVdF was used.
さらに、電極合剤、比較例2の分散剤液17重量部、NMP20重量部を、高速攪拌機の回転数を400rpmおよび低速攪拌機の回転数を60rpmに設定して10分間混合して、電極合剤溶液を調製した。その後、高速攪拌機の回転数を2000rpmおよび低速攪拌機の回転数を150rpmに設定して15分間混合して、正極スラリーを調製した。このときスラリーのSCを74%とした。 Furthermore, the electrode mixture, 17 parts by weight of the dispersant solution of Comparative Example 2, and 20 parts by weight of NMP were mixed for 10 minutes while setting the rotation speed of the high-speed stirrer to 400 rpm and the rotation speed of the low-speed stirrer to 60 rpm. A solution was prepared. Thereafter, the number of rotations of the high-speed stirrer was set to 2000 rpm and the number of rotations of the low-speed stirrer was set to 150 rpm, and the mixture was mixed for 15 minutes to prepare a positive electrode slurry. At this time, the SC of the slurry was 74%.
そして、スラリーをNMP42重量部で希釈混合したものを電極用スラリーAとした。 Then, a slurry obtained by diluting and mixing the slurry with 42 parts by weight of NMP was used as an electrode slurry A.
<比較例4>
以下の工程以外は実施例1と同じとした。正極作製において、まず、アセチレンブラック3重量部およびPVdF3重量部を含む電極合剤とした。さらに、比較例2の分散剤液17重量部、NMP18重量部および電極合剤を含む電極合剤溶液とした。そして、実施例1の正極活物質92重量部と電極合剤溶液を含む正極スラリーを調整した。このときスラリーをSC75%とした。
<Comparative Example 4>
The process was the same as Example 1 except for the following steps. In preparation of the positive electrode, first, an electrode mixture containing 3 parts by weight of acetylene black and 3 parts by weight of PVdF was obtained. Furthermore, it was set as the electrode mixture solution containing 17 weight part of dispersing agent liquid of the comparative example 2, 18 weight part of NMP, and an electrode mixture. And the positive electrode slurry containing 92 weight part of positive electrode active materials of Example 1 and an electrode mixture solution was prepared. At this time, the slurry was SC75%.
そして、正極スラリーにNMPを44重量部添加し、希釈混合したものを電極用スラリーAとした。 Then, 44 parts by weight of NMP was added to the positive electrode slurry, and a mixture obtained by dilution was used as the slurry A for electrodes.
<比較例5>
以下の工程以外は実施例1と同じとした。正極作製において、まず実施例1の正極活物質92重量部、アセチレンブラック2重量部、PVdF4重量部をプラネタリーミキサーに添加して、高速攪拌機および低速攪拌機の回転数を50rpmに設定し、10分間混合した。その後、NMP37重量部を加えて高速攪拌機の回転数を400rpmおよび低速攪拌機の回転数を60rpmに設定し、10分間混合した。その後、ケッチェンブラックを2重量部とNMP4重量部とを加えて、高速攪拌機の回転数を400rpmおよび低速攪拌機の回転数を60rpmに設定し、10分間混合して電極合剤溶液を調製した。その後、高速攪拌機の回転数を2000rpmおよび低速攪拌機の回転数を150rpmに設定して15分間混合して正極スラリーを調製した。このときスラリーをSC71wt%とした。
<Comparative Example 5>
The process was the same as Example 1 except for the following steps. In preparing the positive electrode, first, 92 parts by weight of the positive electrode active material of Example 1, 2 parts by weight of acetylene black, and 4 parts by weight of PVdF were added to the planetary mixer, and the rotation speeds of the high-speed stirrer and the low-speed stirrer were set to 50 rpm. Mixed. Thereafter, 37 parts by weight of NMP was added, the rotation speed of the high-speed stirrer was set to 400 rpm, and the rotation speed of the low-speed stirrer was set to 60 rpm, and mixing was performed for 10 minutes. Thereafter, 2 parts by weight of ketjen black and 4 parts by weight of NMP were added, the rotational speed of the high-speed stirrer was set to 400 rpm, and the rotational speed of the low-speed stirrer was set to 60 rpm, and mixed for 10 minutes to prepare an electrode mixture solution. Thereafter, the number of rotations of the high-speed stirrer was set to 2000 rpm and the number of rotations of the low-speed stirrer was set to 150 rpm, and the mixture was mixed for 15 minutes to prepare a positive electrode slurry. At this time, the slurry was
さらに、正極スラリーにNMPを38重量部添加し、希釈混合したものを電極用スラリーAとした。 Further, 38 parts by weight of NMP was added to the positive electrode slurry and diluted and mixed to obtain an electrode slurry A.
(電極および電池の評価)
実施例および比較例の正極Aおよび正極Bに対して、極板抵抗値測定を行った。さらに、実施例1、および比較例2における非水電解液二次電池に対して、保管試験、充放電サイクル試験、およびガス発生量測定を行った。
(Evaluation of electrodes and batteries)
Electrode plate resistance values were measured for the positive electrode A and the positive electrode B of Examples and Comparative Examples. Furthermore, a storage test, a charge / discharge cycle test, and a gas generation amount measurement were performed on the nonaqueous electrolyte secondary batteries in Example 1 and Comparative Example 2.
(極板抵抗値測定)
回路素子測定器に接続された四端子プローブで電極の一端を挟み、測定周波数1kHで電極に電流を流して、極板抵抗を測定した。
(Plate resistance measurement)
The electrode resistance was measured by sandwiching one end of the electrode with a four-terminal probe connected to a circuit element measuring instrument and passing a current through the electrode at a measurement frequency of 1 kH.
(保管試験)
実施例1、比較例2の非水電解液二次電池について、まず非水電解液二次電池を電圧2.7Vまで充電された満充電状態とし、次に満充電状態の非水電解液二次電池を60℃のオーブン内に1週間保存した。
(Storage test)
For the non-aqueous electrolyte secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 2, first, the non-aqueous electrolyte secondary battery was fully charged to a voltage of 2.7 V, and then the fully charged
(充放電サイクル試験)
実施例1、比較例2の非水電解液二次電池について、60℃環境下で、500mA定電流充電および1000mA定電流放電の充放電を800回繰り返した。このときの充電終止電圧および放電終止電圧は、それぞれ2.7Vおよび2.0Vとした。
(Charge / discharge cycle test)
About the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1 and Comparative Example 2, 500 mA constant current charge and 1000 mA constant current discharge were repeated 800 times in a 60 ° C. environment. The charge end voltage and discharge end voltage at this time were 2.7 V and 2.0 V, respectively.
充放電サイクル試験における1サイクル後の放電容量を分母とし、800サイクル後の放電容量を分子として算出した割合(パーセント値)を、容量維持率とした。そして、比較例2の容量維持率を1としたときの相対値を相対容量維持率とした。 The ratio (percentage value) calculated with the discharge capacity after one cycle in the charge / discharge cycle test as the denominator and the discharge capacity after 800 cycles as the numerator was defined as the capacity retention rate. And the relative value when the capacity maintenance rate of the comparative example 2 was set to 1 was made into the relative capacity maintenance rate.
(ガス発生量測定)
保存試験前後およびの充放電サイクル試験前後における電池の体積差をアルキメデス法で測定し、保存ガス発生量およびサイクルガス発生量とした。そして比較例2の保存ガス発生量およびサイクルガス発生量を1としたときの相対値を、それぞれ保存ガス発生量比およびサイクルガス発生量比とした。
(Gas generation measurement)
The volume difference of the battery before and after the storage test and before and after the charge / discharge cycle test was measured by the Archimedes method to obtain the generation amount of the storage gas and the generation amount of the cycle gas. The relative values when the storage gas generation amount and the cycle gas generation amount of Comparative Example 2 were set to 1 were defined as the storage gas generation amount ratio and the cycle gas generation amount ratio, respectively.
(電極スラリーの評価基準)
正極Aの極板抵抗が1Ω以上の場合、スラリーの分散性が悪い(×)と判定した。
(Evaluation criteria for electrode slurry)
When the electrode plate resistance of the positive electrode A was 1Ω or more, it was determined that the dispersibility of the slurry was poor (x).
また、正極Aおよび正極Bの極板抵抗の差が±1Ω以上の場合、スラリーの貯蔵安定性が悪い(×)と判定した。 Moreover, when the difference of the electrode plate resistance of the positive electrode A and the positive electrode B was ± 1Ω or more, it was determined that the storage stability of the slurry was poor (x).
(電極の評価基準)
正極Aおよび正極Bの極板抵抗が1Ω以上の場合、極板抵抗が悪い(×)と判定した。
(Evaluation criteria for electrodes)
When the electrode plate resistances of the positive electrode A and the positive electrode B were 1Ω or more, it was determined that the electrode plate resistance was poor (x).
(電池の評価基準)
保存ガス発生量比およびサイクルガス発生量比が1以上の場合、保存ガス発生量およびサイクルガス発生量は悪い(×)と判定した。
(Battery evaluation criteria)
When the storage gas generation amount ratio and the cycle gas generation amount ratio were 1 or more, the storage gas generation amount and the cycle gas generation amount were determined to be bad (x).
(表1の総評)
実施例1〜2では、極板抵抗1Ω未満であって、比較例1〜5に比して極板抵抗の低い優れた電極が得られた。さらに実施例1では、保存ガス発生量比およびサイクルガス発生量比がいずれも1未満であって、相対容量維持率が1.03と、比較例2に比して電池内のガス発生量が少なく、サイクル特性が良好となった。
(Review of Table 1)
In Examples 1-2, an electrode having an electrode plate resistance of less than 1Ω and a lower electrode plate resistance than Comparative Examples 1-5 was obtained. Further, in Example 1, both the storage gas generation rate ratio and the cycle gas generation rate ratio are less than 1, and the relative capacity retention ratio is 1.03, which is a gas generation amount in the battery as compared with Comparative Example 2. Less cycle characteristics were obtained.
1 正極
2 負極
3 セパレータ
5 積層体
6 非水電解液
7 端子
8 封入体
9 端子延在部
10 非水電解質二次電池
15 正極形成部材
16 負極形成部材
22 正極集電体
23 正極活物質層
32 負極集電体
33 負極活物質層
71 正極端子
72 負極端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (12)
バインダーと、正極もしくは負極活物質、または導電助材とを乾式混合して、電極合剤を調製する工程aと、
上記電極合剤を非水溶媒に分散させて電極合剤溶液を調製する工程bと、
上記正極活物質または負極活物質、および上記導電助材のうち、上記電極合剤に含まれない一方を上記電極合剤溶液に加えてスラリーを調整する工程c、とを順次行ない、前記スラリーの固形分濃度(SC)を75wt%未満とすることを特徴とする、電極の製造方法。 A method for producing a positive electrode including a positive electrode active material and a negative electrode including a negative electrode active material,
A step of preparing an electrode mixture by dry-mixing a binder, a positive electrode or negative electrode active material, or a conductive additive; and
A step b of preparing an electrode mixture solution by dispersing the electrode mixture in a non-aqueous solvent;
The step of adjusting the slurry by adding one of the positive electrode active material or the negative electrode active material and the conductive additive not included in the electrode mixture to the electrode mixture solution and sequentially adjusting the slurry, A method for producing an electrode, wherein the solid content concentration (SC) is less than 75 wt%.
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JP2016093831A JP2017204334A (en) | 2016-05-09 | 2016-05-09 | Method for manufacturing electrode, nonaqueous electrolyte secondary battery, and power storage unit |
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- 2016-05-09 JP JP2016093831A patent/JP2017204334A/en active Pending
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