JP2020136093A - 非水電解質二次電池用正極合剤と正極及びこれを用いた非水電解質二次電池と非水電解質二次電池用正極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、電極を構成するための結着剤として、耐熱性が高く、反応性の低いフッ素樹脂を用いることで、電池性能の安定性を高めることができる。フッ素樹脂として、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が用いられている。
このうち、PVDFは、正極合剤中の分散性に優れており、良好な電気的特性を有する電池を作製できることが知られている。しかしながら、PVDFは水に不溶であること、分散剤としてN−メチル−2−ピロリドンのような有機溶媒を必要とするから、電極を製造するには、局所排気等の設備投資が必要となる。
一方、PTFEは親水性を有し、水を分散剤として用いることができることから、安全上好ましい結着剤であると考えられる。
例えば、以下の特許文献1には、フッ素樹脂からなる結着剤と、水溶性界面活性パーフルオロ基含有化合物を電極に含むことにより、高放電容量かつ製造時に変動が少ない化学電池を得られることが開示されている。
コイン形の非水電解質二次電池の場合、正極は上述した正極合剤を圧縮成型してなる正極ペレットが用いられている。正極ペレットを作製する際、圧縮成型時に正極合剤を金型に効率よく充填し、かつ、圧縮後に金型に正極合剤を付着させることなく離型する必要がある。しかしながら、上述の通りPTFEは粘性が高いため、正極合剤の流動性が悪く、金型内に充分に供給することができない、あるいは、作製した正極ペレットの金型からの離型性が悪い、といった問題が生じてしまう。
しかしながら、分散液を用いて混合した合剤を結着剤として用いる場合、分散液の混合工程を経て電極合剤を作製することとなる。このような製造方法は、活物質と導電助剤と結着剤とを混合し、さらに水を加えて混合造粒する場合に比べて工程及び管理ポイントが増加することとなりコストアップの要因となり得る問題がある。
これにより、金型で成型し易く、目的の形状の正極を得ることができるとともに、活物質や導電助剤を、これらの特性を失うことなく結着することができ、電池を作製した場合に高い容量を得ることができる正極合剤を提供できる。
正極活物質:90〜95%、導電助剤:3〜8%、PTFEからなる結着剤:1.5〜2.5%を含み、粒径:75〜500μmの顆粒状の合剤であるならば、安息角が35°以下である合剤を得ることができる。
(5)本発明の一形態に係る非水電解質二次電池は、(4)に記載の非水電解質二次電池用正極を備えたことを特徴とする。
よって金型からの離型時に型崩れやクラック等を生じていない正極を効率良く得ることができ、正極生産時の歩留まりが向上する。
また、本構造の正極を備えた非水電解質二次電池を構成した場合、充分な放電容量と大きな電流供給が可能な電池を提供できる。
75〜500μmの好適な粒径のハンドリング性に優れた安息角35°以下の造粒物を正極合剤としてプレス加工によりペレット状に圧縮成型することにより、金型に対し充填性に優れた状態で成型ができ、ひけや欠けなどを有していない形の整ったペレット状の正極を成型できる。また、上述の正極合剤は金型からの離型性にも優れているので、ペレット状の正極を金型から安全に取り出すことができ、割れや欠けの無い正極を得ることができる。
(9)本発明の一形態に係るコイン形非水電解質二次電池用正極の製造方法は、前記導電助剤として、グラファイト、カーボン、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラックのうち、1種または2種以上を用いることができる。
(10)本発明の一形態に係るコイン形非水電解質二次電池の製造方法は、(6)〜(9)のいずれか一項に記載の製造方法により得られた非水電解質二次電池用正極を用いることを特徴とする。
粒径75〜500μmの顆粒状の正極合剤であり、安息角が35°以下の正極合剤であるならば、流動性に優れ、金型に投入した場合に金型内部の隅々まで投入しやすく、金型で成型し易く、目的の形状の正極を得やすい正極合剤を提供できる。また、上述の正極合剤は、金型に対する離型性にも優れているので、金型から取り出す場合に割れや欠けを生じ難く、形の整ったペレット状の正極電極を効率良く製造可能とする効果がある。
以下の説明では、ボタン形またはコイン形の電気化学セルとして、非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池(以下、単に「電池」という。)を例に挙げて説明する。なお、以下で説明する非水電解質二次電池とは、具体的には、正極または負極として用いる活物質と電解質とが容器内に収容されてなる非水電解質二次電池である。
また、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更し表示しているため、各部材の相対的な大きさが図面に示す形態に限らないのは勿論である。
より具体的に本実施形態の非水電解質二次電池1は、有底円筒状の正極缶12と、正極缶12の開口部12aにガスケット40を介在して固定され、正極缶12との間に収容空間を形成する有蓋円筒状(ハット状)の負極缶22とを有する。そして、正極缶12の開口部12aの周縁を内側、即ち、負極缶22側にかしめることで収容空間を密封する収納容器2が構成されている。
なお、正極活物質とするリチウム遷移金属複合酸化物は、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、マンガン酸リチウム(Li4Mn5O12)などであっても良い。また、負極活物質は、珪素(Si)、Si酸化物(SiO)、スピネル型チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、炭素(C)、リチウム−アルミニウム(Li−Al)合金などであっても良い。
以下に、非水電解質二次電池1の各部の詳細構造について説明する。
また、図1に示すように、ガスケット40は、正極缶12の内周面に沿って狭入されるとともに、セパレーター30の外周と接続され、セパレーター30を保持している。
また、正極10、負極20及びセパレーター30には、収納容器2内に充填された電解質(電解液)50が含浸されている。
本実施形態において、収納容器2を構成する正極缶12は、上述したように、有底円筒状に構成され、平面視で円形の開口部12aを有する。このような正極缶12の材質としては、従来公知のものを何ら制限無く用いることができ、例えば、SUS316L、SUS304−BA、NAS64等のステンレス鋼を例示できる。
ガスケット40は、図1に示すように、正極缶12の内周面に沿って円環状に形成され、その環状溝41の内部に負極缶22の先端部22aが配置されている。
また、例えば、ガスケット40の材質は、熱変形温度が230℃以上の樹脂であることが好ましい。ガスケット40に用いる樹脂材料の熱変形温度が230℃以上であれば、非水電解質二次電池1を高温環境下で使用又は保管した場合や、非水電解質二次電池1の使用中における発熱が生じた場合でも、ガスケットが著しく変形して電解質50が漏出するのを防止できる。
本実施形態の非水電解質二次電池1は、電解質(電解液)50として、少なくとも有機溶媒及び支持塩を含むものを用いる。そして、電解液50の場合、有機溶媒として、環状カーボネート溶媒であるプロピレンカーボネート(PC)、環状カーボネート溶媒であるエチレンカーボネート(EC)、鎖状カーボネート溶媒であるエチルメチルカーボネート(EMC)のいずれかまたは混合溶媒を用いることが好ましい。あるいは電解質として、イオン液体や固体電解質を用いても良い。
電解液の場合、通常、支持塩を、有機溶媒等の非水溶媒に溶解させたものからなり、電解液に求められる耐熱性や粘度等を勘案して、その特性が決定される。
また、支持塩は、上記のうちの1種を単独で用いてもよく、あるいは、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、電解液50中の支持塩濃度が高過ぎても、あるいは低過ぎても、電導度の低下が起き、電池特性に悪影響を及ぼすおそれがあることから、電解液50中の支持塩の含有量は、上記範囲に規制することが好ましい。
本実施形態の非水電解質二次電池1においては、正極10の一例として、コバルト酸リチウム(LiCoO2)からなる正極活物質と、導電助剤とバインダー(結着剤)とを含む合剤と、滑剤からなるものを用いることができる。
なお、正極活物質は上述の組み合わせが望ましいが、先に記載した正極10の説明において列挙した他のリチウム遷移金属複合酸化物を用いても良い。
また、本実施形態においてペレット状に成型する場合、75〜500μm範囲の顆粒状の合剤に対し、後述するように250〜500μm範囲の顆粒状の合剤として、滑剤を添加してから用いることがより好ましい。
顆粒状の合剤を作製する場合に用いるコバルト酸リチウムの粒子径(D50)は、特に限定されないが、例えば、2〜20μmが好ましく、4〜8μmがより好ましい。
なお、本発明における「正極活物質の粒子径(D50)」とは、レーザー回折法を用いて測定される粒子径であってメジアン径を意味する。
正極導電助剤としては、例えば、グラファイト、カーボン、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の炭素質材料が挙げられる。
正極導電助剤は、上記のうちの1種を単独で用いてもよく、あるいは、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、正極10中の正極導電助剤の含有量は、4〜40質量%が好ましく、7〜20質量%がより好ましい。正極導電助剤の含有量が、上記好ましい範囲の下限値以上であれば、充分な導電性が得られやすい。加えて、電極をペレット状に成型する場合に成型しやすくなる。一方、正極10中の正極導電助剤の含有量が、上記好ましい範囲の上限値以下であれば、正極10に充分な放電容量が得られやすい。
正極結着剤は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなることが好ましい。
正極結着剤にPTFEを用いることで、繊維状のPTFEにより、正極活物質と導電助剤を効果的に結合できる。
正極結着剤として、PTFEを用いることで、充分な放電容量が得られ、且つ、大きな電流を供給することが可能になる。上述のような効果がより顕著に得られる観点からは、正極結着剤としてPTFEを用いることが好ましい。
正極10中の正極結着剤の含有量は、例えば、1〜20質量%とすることができる。
なお、本形態で用いる疎水性シリカは、疎水性ヒュームドシリカに限るものではなく、ヒュームドシリカ(火炎法シリカ)以外のアーク法により製造されるシリカ等としても良い。
また、正極10の厚さも、非水電解質二次電池1の大きさに応じて決定され、非水電解質二次電池1が、各種電子機器向けのコイン型のものであれば、例えば、厚さ300〜1000μm程度に形成される。
正極集電体14としては、従来公知のものを用いることができ、炭素を導電性フィラーとする導電性樹脂接着剤等が挙げられる。
ペレット状の正極の製造方法は、構成する各原料からなる所定粒径の顆粒状に正極合剤を作製する造粒工程と、この顆粒状の正極合剤をプレス成形してペレット形状に加工する打錠工程とを少なくとも含む。
(造粒工程)
造粒工程は、正極活物質と、導電助剤と、結着剤とを混合攪拌機に投入して混合し攪拌する工程である。
本形態において適用する正極合剤は、上述した非水電解質二次電池の正極を構成する材料を用いることができる。一例として、正極活物質としてコバルト酸リチウムを、導電助剤としてグラファイトを、結着剤としてPTFEを、それぞれ用いることができる。
ここで、本形態においては、正極活物質、導電助剤、結着剤は、いずれも粉体状で用意する。一般に、電極を構成する材料を混合する場合に用いる結着剤は、混合時に粉体で供給する場合と、液体等に分散させた状態で供給する場合がある。
粉体で供給する場合には、取り扱いが容易である一方で、攪拌が不十分であると正極合剤中に充分分散されずに結着剤としての機能を充分発揮しないおそれがある。また、結着剤を液状に分散させて用いる場合は、攪拌により正極合剤中に充分分散されるが、顆粒状に造粒するための粘性の制御が難しい問題がある。本形態の場合、結着剤としてPTFEの粉体を用い、かつ、混合攪拌機を採用することで、正極合剤を所定粒径の顆粒状に容易に形成することができる。
混合攪拌機として、複数のブレードが公転及び自転(遊星運動)することにより、攪拌のデッドスペースを少なくして強力な剪断力を正極合剤に与えることができる混合攪拌機を用いることが好ましい。
本形態においては、上述した粉体状の正極活物質、導電助剤、結着剤に加えて、さらに、水を混合攪拌機に投入して攪拌することで、これらの粉体を凝集させ、顆粒状の正極合剤を作製する。このときの水の投入量は、正極活物質、導電助剤、結着剤の総重量に対し、10〜30%、より好ましくは、14〜20%であれば、目的とする顆粒の粒径を良好な収率で取り出すことができる。
本形態によれば、正極合剤を構成する、正極活物質(コバルト酸リチウム)、導電助剤(グラファイト)、結着剤(ポリテトラフルオロエチレン)の量を上記の値とした上で、前記ミキサーを用いた混合造粒を行うことが好ましい。
これにより、それぞれの原料を粉体状として、水を加えて攪拌するという、取り扱いの容易な混合攪拌工程を用いて、所望の粒径の顆粒状の合剤とすることができる。
そして、混合撹拌機で造粒した造粒物を乾燥させて水分を除去する。乾燥条件としては一般的な水分除去の条件を適用することができる。乾燥条件の一例として、オーブン等の乾燥装置を用いて大気中で120℃、12時間加熱する条件を採用できるが、この条件に限らない。
なお、造粒後、乾燥させた造粒物には、75μm未満の微細な粒子も含まれているので、これらの微細な粒子を除去する目的で乾燥後の造粒物を篩にかけて分粒し、75〜500μmの粒径範囲の顆粒状合剤を得ることが好ましい。
前記顆粒状の合剤の粒径が500μmを超える粒径であると、金型に充填される合剤量にばらつきが生じ、正極の重量バラツキが大きくなる問題がある。
また、75〜500μmの範囲の顆粒状の合剤を選別するとして、後述する製造方法において充分に高い収率を得るために、250〜500μmの範囲の顆粒状の正極合剤として分粒することがより好ましい。
また、250〜500μmの粒径の顆粒状の合剤を良好な収率で得るために、上述の如く混合物の総質量に対し10〜30%の投入水量として造粒することが好ましい。また、250〜500μmの粒径の顆粒状の合剤をより良好な収率で得るために、上述の如く投入水量を14〜20%の範囲とすることがより好ましい。
次いで、打錠工程について説明する。打錠工程は、上述した造粒工程により作製した所定粒径範囲の顆粒状の正極合剤を金型に充填してプレス成形することでペレット状の正極を作製する工程である。
金型は、一例として、超硬合金からなり、有底円筒状に形成された凹部を有し、正極合剤を充填させるダイと、先端が円筒状に形成されダイに充填された正極合剤を圧縮するパンチとから構成されている。そして、プレス装置は、この金型に加えて、正極合剤の充填機構と、作製したペレットの取り出し機構とを備えたフィーダーを有している。
形成したペレット状の正極は、フィーダーで取出し部に移動させて取り出すことができる。
上述の造粒工程で得られた粒径250〜500μmの顆粒状の合剤であるならば、良好な収率で得ることが可能であり、顆粒状の合剤として安息角を35°以下にできるため、金型に対する投入性に優れている。
本形態においては、前述の打錠工程に先んじて、顆粒状の正極合剤に滑剤を添加することができる。結着剤にPTFEを用いた場合、正極合剤の顆粒の粘性が高く、顆粒同士が付着し易くなることから、正極合剤を金型へ充填しづらくなるおそれがある。また、正極合剤やプレス後のペレット状正極が、金型やプレス装置のフィーダーに付着しやすくなり、装置トラブルが発生し易くなるおそれもある。
本形態において、さらに、正極合剤に滑剤を加えることで、顆粒の表面の粘性を小さく調整し、正極合剤の金型への充填を容易にし、さらに金型等からの離型性を高めることができる。
また、正極合剤の顆粒の表面に均一に分散し、離型性の効果を充分発揮するためには、粒径としてはナノオーダーのものを用いることが好ましい。
このような滑剤としては、例えば、ナノサイズ粒径の疎水性ヒュームドシリカなどの疎水性シリカを用いることができる。滑剤の量は多ければ離型性の効果を高めることができる一方で、多すぎると正極に用いる活物質の量を多くできずに電池の容量が小さくなる問題もある。
好ましい滑剤の添加量は、正極合剤の総重量に対し、質量%で0.5〜5.0%とすることが好ましく、0.5〜2.0重量%とすることがより好ましい。
このため、離型時に正極10にクラックなどの欠陥部分を生じさせることなく安全に金型から取り出すことができ、ペレット状の正極10を製造する場合の歩留まりを向上できる。
混合攪拌条件の一例として、例えば、室温、大気雰囲気で材料を混合攪拌機に投入して、ブレードの公転速度:35rpm、自転速度:92rpmの条件とすることができるが、これは一例であり、この条件に限定されない。
本実施形態の非水電解質二次電池1においては、負極20の一例として、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)からなる負極活物質と、グラファイトからなる導電助剤と、結着剤とを含むものを用いる。
負極活物質の粒子径(D50)が、上記好ましい範囲の下限値未満であると、非水電解質二次電池が高温に曝された際に反応性が高まるために扱いにくくなり、また、上限値を超えると、放電レートが低下するおそれがある。
負極20において、上記材料からなる負極活物質の含有量が、上記好ましい範囲の下限値以上であれば、充分な放電容量が得られやすく、また、上限値以下であれば、負極20を成型しやすい。
一方、負極20中におけるグラファイト(導電助剤)の含有量が10質量%以上であると、負極20中における負極活物質の含有量が相対的に減少するため、放電容量が低下する。
また、上記の作用がより顕著に得られる観点から、負極10中における、グラファイトからなる導電助剤の含有量は、負極20の全質量に対して8〜9質量%の範囲であることがより好ましい。
負極結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリル酸(PA)、ポリイミド(PI)、ポリイミドアミド(PAI)等が挙げられ、中でも、PA等のアクリル系ポリマーを用いることが好ましい。
負極20中の負極結着剤の含有量は、例えば1〜20質量%とされる。
すなわち、負極20の厚さは、非水電解質二次電池1の大きさに応じて決定され、非水電解質二次電池1が、各種電子機器向けのコイン型のものであれば、例えば、厚さ300〜1000μm程度に形成される。
この場合の加圧成型時の圧力は、負極導電助剤の種類等を勘案して決定され、例えば0.2〜5ton/cm2とすることができる。
セパレーター30は、正極10と負極20との間に介在され、大きなイオン透過度を有するとともに耐熱性に優れ、かつ、所定の機械的強度を有する絶縁膜が用いられる。
セパレーター30としては、従来から非水電解質二次電池のセパレーターに用いられ、上記特性を満たす材質からなるものを何ら制限無く適用でき、例えば、アルカリガラス、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、鉛ガラス等のガラス、ポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド、ポリイミド(PI)、アラミド、セルロース、フッ素樹脂、セラミックス等の樹脂からなる不織布や繊維等が挙げられる。セパレーター30としては、上記の中でも、ポリプロピレン(PP)樹脂のような多孔性高分子材料からなるものが、充分な機械強度を確保しながら、大きなイオン透過度を有するセパレーターが得られ、非水電解質二次電池の内部抵抗が低減されて放電容量がさらに向上することから、特に好ましい。
セパレーター30の厚さは、非水電解質二次電池1の大きさや、セパレーター30の材質等を勘案して決定され、例えば、5〜300μm程度とすることができる。
本形態における非水電解質二次電池の製造方法は、正極及び負極を作製する電極作製工程と、正極及び負極を用いて正極ユニット及び負極ユニットを作製する前組工程と、正極ユニットと負極ユニットを用いて電池を組み立てる組立工程と、を主要な工程とするものである。
電極作製工程のうち、正極を作製する工程は、前述した正極ペレットの製造方法のところで詳細に説明した。また、負極を作製する工程は、負極活物質として上述したスピネル型チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)やSiO等の粉体材料からペレットを形成する場合と、負極缶の表面にアルミニウム等の金属を形成しリチウムと合金化させる場合とでそれぞれ異なる。
例えば、負極活物質と、導電助剤と、結着剤とを主要な構成材料とした混合物からなる負極合剤をプレス成形してなる負極ペレットを負極とすることができる。また、負極缶の表面に形成されたアルミニウムやアルミニウム合金等の金属とリチウムとが合金化してなる負極とすることもできる。
負極として負極ペレットを用いる場合には、負極活物質として、例えば、スピネル型チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)や、SiO等を用いることができる。このとき、導電助剤として、例えば、グラファイト等の炭素材料を用いることができる。また、結着剤としては、ブチルゴムや、フッ素化合物、またポリアクリル酸等、種々の高分子化合物を用いることができる。この場合における負極を作製する工程は、後述する正極ペレットの製造方法と同様に、負極活物質と、導電助剤と、結着剤とを混合、造粒して圧縮成形することにより負極ペレットを作製する工程とすることができる。
固定方法としては、例えば、炭素材料をフェノール樹脂等の樹脂に分散させてなるペースト状の導電性接着剤を正極缶及び負極缶の内側底面に塗布した後、正極ペレットと負極ペレットを、それぞれ、正極缶及び負極缶の内側底面に貼り付けて乾燥することができる。また、負極活物質としてSiOを用いる場合は、負極ペレットの表面に金属リチウムを貼り付ける。さらに、ガスケット及びセパレーターを、正極ユニット若しくは負極ユニットのいずれかに取り付ける。
組立工程は、前組工程において作製した正極ユニット及び負極ユニットのそれぞれに電解液を注入した後、正極ユニットと負極ユニットを重ね合わせ、封口機を用いて正極缶の開口部を負極缶にかしめることで、電池を封止することにより行われる。
以上説明したように、上述の各工程を適用することにより、目的とするコイン形非水電解質二次電池を作製することができる。
本実施形態の非水電解質二次電池1は、上述したように、小型サイズであっても、充分な放電容量が得られ、且つ、大電流を供給することが可能なものなので、例えば、アラーム等の各種機能を備えたデジタルウォッチあるいはアナログウォッチや、各種小型電子機器等の電源用途において好適に用いられる。
さらに、上述の構造では、正極10を構成する顆粒状の合剤に対し0.5〜2.0%の好適な範囲の滑剤を含有させて成型するので、金型に合剤を円滑に投入できるとともに、成型後に成型物を取り出す場合の離型性に優れる。このため離型時にクラックなどの生じていない良品としての正極10を確実に得ることができる。
このため、0.5〜2.0%の好適な範囲の滑剤を含有させることでペレット状の正極10を製造する場合の歩留まり向上に寄与する。
この混合攪拌処理により得られた混合物を加熱乾燥し、粒径75μm未満の微細粒子と、75〜500μmの造粒体の混合粒子を得ることができた。
この混合粒子の中から篩い分け(東京スクリーン社製、試験用篩)により粒径250〜500μmの顆粒状の造粒体からなる正極合剤を選別して取り出した。以上説明のように造粒工程により、粒径250〜500μmの顆粒状の合剤(実施例1)を得ることができた。
以下の表1に得られた顆粒状の合剤(実施例1)の粒径分布と投入水量、収率(%)と安息角(°)の測定結果を示す。安息角は、JISR9301-2-2:1999に定めされている方法により測定した。
次に、実施例1の合剤を製造する方法に対し、混合攪拌機に対する投入水量のみを変更して実施例2〜実施例5の顆粒状合剤を得た。それら合剤の粒径分布と投入水量、収率(%)と安息角(°)の測定結果を合わせて表1に示す。
また、投入水量14〜20%の範囲がより好ましく、投入水量14〜20%とすることで安息角30°前後の造粒物を得ることができた。
なお、収率の面から見て、75μm未満の造粒物が多い場合は収率が悪いと判断できる。このため、79.5%が75μm未満の造粒物となってしまう実施例5では、粒径250〜500μmの造粒物の収率が悪いと判断できる。また、実施例2についても、粒径250〜500μmの造粒物の収率が6.9%であり、顆粒状の造粒物の収率の面から見ると悪いと判断できる。なお、投入水量が増加すると造粒物がペースト(スラリー)状となる傾向がある。
以上の結果から、粒径250〜500μmの造粒物の収率を重視すると、造粒工程における投入水量は14%以上、20%以下の範囲が望ましいことがわかる。
次に、上述の実施例により得られた正極合剤の顆粒を用いて、所望の形状のペレットが得られるかどうか評価した。
実施例1により得られた粒径が250〜500μmの顆粒に、さらに、滑剤として疎水性ヒュームドシリカ(疎水性ヒュームドシリカ;日本アエロジル(株)製R972)を顆粒の総重量に対し0.5質量%添加した合剤(実施例7)と、1.0質量%添加した合剤(実施例8)と、2.0質量%添加した合剤(実施例9)と、滑剤を添加しなかった合剤(比較例6)を用いて、以下に説明する評価を行った。
ここで、滑剤の添加は、上述の実施例1の顆粒状の正極合剤を400g、疎水性ヒュームドシリカを実施例7、実施例8、実施例9で2g、4g、8gそれぞれ投入し、20分混合したものである。
これらの正極合剤を別々に秤量して個々に金型に投入し、6t/cm2の圧力で加圧成型し、円板状ペレット状正極(φ6.3×t0.7mm)を製造した。各正極合剤を用いた場合の金型への充填性(給粉評価)、プレス成型後の金型に対する合剤の付着の有無、成型品の欠けの有無について調べた。
これらに対し、滑剤を添加しなかった合剤(実施例1)を比較例6の合剤と見立てて金型への充填性(給粉評価)、プレス成型後の金型に対する合剤の付着の有無、成型品の欠けの有無について調べた。以上の結果を以下の表2に纏めて示す。
表2において成型性の評価項目は、取り出したペレット状の正極に欠けが生じていたか否かを示す。×はペレット状の正極に欠けを生じていることを意味する。
なお、比較例6(実施例1)は給粉の面では合格品である。
Claims (10)
- 遷移金属複合酸化物からなる粒子状の正極活物質と、導電助剤と、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる結着剤を含んでなる顆粒状の合剤であり、
前記合剤の総質量に対し、質量%で、前記正極活物質が90〜95%、前記導電助剤が3〜8%、前記結着剤が1.5〜2.5%含まれるとともに、
粒径が75〜500μm、安息角が35°以下であることを特徴とする非水電解質二次電池用正極合剤。 - 前記遷移金属複合酸化物が、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、マンガン酸リチウム(Li4Mn5O12)のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池用正極合剤。
- 前記導電助剤がグラファイト、カーボン、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラックのうち、1種または2種以上からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の非水電解質二次電池用正極合剤。
- 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池用正極合剤が含まれ、
さらに、前記正極合剤に対する質量比で0.5〜2.0%の疎水性シリカが添加され、
ペレット形状の圧縮成型体からなることを特徴とする非水電解質二次電池用正極。 - 請求項4に記載の非水電解質二次電池用正極を備えたことを特徴とする非水電解質二次電池。
- コイン形非水電解質二次電池用正極の製造方法であって、
それぞれ粉体状である、正極活物質と、導電助剤と、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる結着剤を、混合攪拌機に投入し、さらに水を加えて混合及び攪拌して顆粒状であり、粒径75〜500μmの正極合剤を取り出す造粒工程と、
前記正極合剤を金型に供給し、プレス加工によりペレット形状に圧縮成型する打錠工程と、
を少なくとも備え、
前記正極活物質と前記導電助剤と前記結着剤の投入量の比を、これらの合計質量に対し質量比でそれぞれ90〜95%、3〜8%、1.5〜2.5%の範囲とし、
前記水の投入量を、前記正極活物質と前記導電助剤と前記結着剤との合計質量に対し質量比で10〜30%の範囲とすることにより、
安息角35°以下の正極合剤を得ることを特徴とするコイン形非水電解質二次電池用正極の製造方法。 - 前記打錠工程において、前記正極合剤に対する質量比で0.5〜2.0%の疎水性シリカと前記正極合剤の混合物を用いることを特徴とする請求項6に記載のコイン形非水電解質二次電池用正極の製造方法。
- 前記遷移金属複合酸化物として、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、マンガン酸リチウム(Li4Mn5O12)のいずれかを用いることを特徴とする請求項6または請求項7に記載のコイン形非水電解質二次電池用正極の製造方法。
- 前記導電助剤として、グラファイト、カーボン、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラックのうち、1種または2種以上を用いることを特徴とする請求項6〜請求項8のいずれか一項に記載のコイン形非水電解質二次電池用正極の製造方法。
- 請求項6〜請求項9のいずれか一項に記載の製造方法により得られた非水電解質二次電池用正極を用いることを特徴とするコイン形非水電解質二次電池の製造方法。
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