JP2020205150A - Electrode slurry for non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Electrode slurry for non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Abstract

To provide an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which exhibits battery performance regardless of a type of a current collector, and also to provide a manufacturing method thereof.SOLUTION: Disclosed is electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which contains a sulfur-based active material, a binder, and an aqueous solvent. A method of manufacturing an electrode for the non-aqueous electrolyte secondary battery includes a step of applying the electrode slurry, which is characterized in that pH is three or more and nine or less, to a collector.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、非水電解質二次電池用電極に使用する電極スラリーおよび該電極スラリーを塗工した電極を備える非水電解質二次電池用電極に関する。 The present invention relates to an electrode slurry used for an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery and an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery including an electrode coated with the electrode slurry.

近年、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の活物質として硫黄を用いた技術が注目されている。硫黄はレアメタルに比べて入手が容易で、かつ安価であるだけでなく、リチウムイオン二次電池の充放電容量を大きくすることができる。また、硫黄は酸素に比べ反応性が低く、過充電等による発火、爆発等の危険性も低いという利点もある。さらに、従来の硫黄系活物質と比べ、電解液への硫黄の溶出が抑制され電池性能を改善しうる硫黄系活物質として、硫黄と炭素材料等とを複合した活物質も報告されている(特許文献1〜4)。 In recent years, a technique using sulfur as an active material of a lithium ion secondary battery, which is a kind of non-aqueous electrolyte secondary battery, has attracted attention. Sulfur is not only easier to obtain and cheaper than rare metals, but also can increase the charge / discharge capacity of lithium ion secondary batteries. In addition, sulfur has an advantage that it has lower reactivity than oxygen and has a low risk of ignition and explosion due to overcharging. Further, as a sulfur-based active material capable of suppressing elution of sulfur into the electrolytic solution and improving battery performance as compared with the conventional sulfur-based active material, an active material in which sulfur and a carbon material are combined has been reported ( Patent Documents 1 to 4).

特開2002−154815号公報JP-A-2002-154815 国際公開第2010/044437号International Publication No. 2010/0444437 特開2012−150933号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-150933 特開2015−92449号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-92449

硫黄系活物質を用いて電極に塗布するスラリーを作製する際、溶媒に有機溶剤を用いると充放電反応に寄与する硫黄成分が溶出し、活物質の容量低下につながる可能性があるため、水を溶媒に用いることが好ましい。しかしながら、硫黄系活物質の水系スラリーは、焼成時に発生する硫化水素等の酸性ガスの影響で酸性を示す場合がある。そのため、腐食に弱い集電体に硫黄系活物質の水系スラリーを塗布して電極を作製した場合は、十分な電池性能が発揮されにくいという問題がある。 When preparing a slurry to be applied to an electrode using a sulfur-based active material, if an organic solvent is used as the solvent, the sulfur component that contributes to the charge / discharge reaction may elute, which may lead to a decrease in the capacity of the active material. Is preferably used as a solvent. However, the aqueous slurry of the sulfur-based active material may be acidic due to the influence of acid gas such as hydrogen sulfide generated during firing. Therefore, when an electrode is produced by applying an aqueous slurry of a sulfur-based active material to a current collector that is vulnerable to corrosion, there is a problem that sufficient battery performance is not easily exhibited.

本発明は、集電体の種類によらず電池性能を発揮する非水電解質二次電池用電極およびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery that exhibits battery performance regardless of the type of current collector, and a method for manufacturing the same.

本発明者らは、鋭意検討の結果、スラリーのpHを中性付近に調整した所定の電極スラリーを電極に塗布することにより、集電体の種類によらず、充放電容量が大きくかつサイクル特性に優れた非水電解質二次電池を製造できることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent studies, the present inventors applied a predetermined electrode slurry in which the pH of the slurry was adjusted to near neutrality to the electrodes, so that the charge / discharge capacity was large and the cycle characteristics were large regardless of the type of current collector. The present invention has been completed by finding that it is possible to produce an excellent non-aqueous electrolyte secondary battery.

すなわち、本発明は、
〔1〕硫黄系活物質、バインダ、および水系溶媒を含有する非水電解質二次電池用電極スラリーであって、pHが3以上9以下であることを特徴とする電極スラリー、
〔2〕硫黄系活物質が、非水電解質二次電池用電極スラリーに含まれる固形分100質量%に対し85質量%以上含まれ、かつ、非水電解質二次電池用電極スラリー中の固形分濃度が10質量%以上である場合に、電極スラリーのpHが3以上9以下であることを特徴とする、〔1〕記載の非水電解質二次電池用電極スラリー、
〔3〕硫黄系活物質が、硫化可能な有機化合物または多孔性を有する炭素材料と硫黄とを混合した原料を焼成してなる硫黄系活物質である、〔1〕または〔2〕記載の非水電解質二次電池用電極スラリー、
〔4〕さらにアルカリ性物質を含有する、〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の非水電解質二次電池用電極スラリー、
〔5〕アルカリ性物質が第1族または第2族に属する金属の水酸化物、有機酸塩、または無機酸塩である、〔4〕記載の非水電解質二次電池用電極スラリー、
〔6〕さらに導電助剤を含有する、〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の非水電解質二次電池用電極スラリー、
〔7〕〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の非水電解質二次電池用電極スラリーを乾燥し固化させた活物質層と、集電体とを少なくとも含む非水電解質二次電池用電極、
〔8〕集電体がアルミニウム系集電体である、〔7〕記載の非水電解質二次電池用電極、
〔9〕〔8〕記載の非水電解質二次電池用電極を具備した非水電解質二次電池、
〔10〕非水電解質二次電池が、リチウムイオン二次電池である、〔9〕記載の非水電解質二次電池、
〔11〕〔9〕または〔10〕記載の非水電解質二次電池を有する電気機器、
〔12〕非水電解質二次電池用電極の製造方法であって、前記製造方法は、非水電解質二次電池用電極スラリーを集電体に塗布する工程を含み、前記非水電解質二次電池用電極スラリーは、硫黄系活物質、バインダ、および水系溶媒を含有し、かつpHが3以上9以下であることを特徴とする製造方法、
〔13〕非水電解質二次電池用電極スラリーがさらにアルカリ性物質を含有する、〔12〕記載の製造方法、に関する。
That is, the present invention
[1] An electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a sulfur-based active material, a binder, and an aqueous solvent, which has a pH of 3 or more and 9 or less.
[2] The sulfur-based active material is contained in an amount of 85% by mass or more with respect to 100% by mass of the solid content contained in the electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and the solid content in the electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery. The electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to [1], wherein the pH of the electrode slurry is 3 or more and 9 or less when the concentration is 10% by mass or more.
[3] The non-sulfur-based active material according to [1] or [2], wherein the sulfur-based active material is a sulfur-based active material obtained by firing a raw material obtained by firing a raw material obtained by mixing sulfur with an organic compound that can be sulphurized or a carbon material having porosity. Electrode slurry for water electrolyte secondary batteries,
[4] The electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of [1] to [3], which further contains an alkaline substance.
[5] The electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to [4], wherein the alkaline substance is a hydroxide, an organic acid salt, or an inorganic acid salt of a metal belonging to Group 1 or Group 2.
[6] The electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of [1] to [5], which further contains a conductive auxiliary agent.
[7] For a non-aqueous electrolyte secondary battery containing at least an active material layer obtained by drying and solidifying the electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of [1] to [6] and a current collector. electrode,
[8] The electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to [7], wherein the current collector is an aluminum-based current collector.
[9] A non-aqueous electrolyte secondary battery provided with the electrode for the non-aqueous electrolyte secondary battery according to [8].
[10] The non-aqueous electrolyte secondary battery according to [9], wherein the non-aqueous electrolyte secondary battery is a lithium ion secondary battery.
[11] An electrical device having the non-aqueous electrolyte secondary battery according to [9] or [10].
[12] A method for manufacturing an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the manufacturing method includes a step of applying an electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery to a current collector, and the non-aqueous electrolyte secondary battery. A production method, wherein the electrode slurry for use contains a sulfur-based active material, a binder, and an aqueous solvent, and has a pH of 3 or more and 9 or less.
[13] The production method according to [12], wherein the electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery further contains an alkaline substance.

本発明の電極スラリーを使用することにより、集電体の種類によらず電池性能を発揮する非水電解質二次電池用電極を製造することができる。 By using the electrode slurry of the present invention, it is possible to manufacture an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery that exhibits battery performance regardless of the type of current collector.

硫黄系活物質の製造に使用する反応装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the reactor used for the production of the sulfur-based active material. 実施例1で得られた硫黄系活物質をラマンスペクトル分析した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of Raman spectrum analysis of the sulfur-based active material obtained in Example 1. 実施例1で得られた硫黄系活物質をFT−IRスペクトル分析した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of FT-IR spectrum analysis of the sulfur-based active material obtained in Example 1. 実施例4で得られた硫黄系活物質をラマンスペクトル分析した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of Raman spectrum analysis of the sulfur-based active material obtained in Example 4.

本発明の一実施形態である電極スラリーの作製を含む非水電解質二次電池の作製手順について、以下に詳細に説明する。但し、以下の記載は本発明を説明するための例示であり、本発明の技術的範囲をこの記載範囲にのみ限定する趣旨ではない。なお、本明細書において、「〜」を用いて数値範囲を示す場合、その両端の数値を含むものとする。 The procedure for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery including the production of the electrode slurry according to the embodiment of the present invention will be described in detail below. However, the following description is an example for explaining the present invention, and does not mean that the technical scope of the present invention is limited to this description range. In this specification, when the numerical range is indicated by using "~", the numerical values at both ends thereof are included.

<硫黄系活物質>
本実施形態に係る硫黄系活物質は、硫黄元素を構成要素に含む活物質であれば特に制限されない。硫黄系活物質の具体例としては、例えば、硫化チタン、硫化モリブデン、硫化鉄、硫化銅、硫化ニッケル、硫化リチウム、有機ジスルフィド化合物等の硫黄元素を含む化合物;硫化可能な有機化合物と硫黄とを混合した原料を焼成して得られる有機硫黄系活物質;多孔性を有する炭素材料と硫黄とを混合した原料を焼成して得られる炭素硫黄複合体等が挙げられる。
<Sulfur-based active material>
The sulfur-based active material according to the present embodiment is not particularly limited as long as it is an active material containing a sulfur element as a component. Specific examples of the sulfur-based active material include compounds containing sulfur elements such as titanium sulfide, molybdenum sulfide, iron sulfide, copper sulfide, nickel sulfide, lithium sulfide, and organic disulfide compounds; sulphurable organic compounds and sulfur. Examples thereof include an organic sulfur-based active material obtained by firing a mixed raw material; a carbon-sulfur composite obtained by firing a raw material in which a porous carbon material and sulfur are mixed.

硫化可能な有機化合物としては、例えば、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリ(メタ)アクリロニトリル、ポリクロロプレン、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−イソプレン−スチレン共重合体、(メタ)アクリロニトリル−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、メタクリロニトリル−アクリロニトリル−(メタ)アクリル酸エステル共重合体等の炭素−炭素不飽和結合を有するポリマー;ステアリン酸、リノール酸、アラキドン酸等の高級脂肪酸(好ましくは炭素数12〜22、より好ましくは炭素数14〜20の脂肪酸)等が挙げられる。なかでも、ポリブタジエン、(メタ)アクリロニトリルをモノマー成分として含む重合体もしくは共重合体、および高級脂肪酸が好ましく、シス−1,4結合量が90%以上のハイシスブタジエンおよびメタクリロニトリルをモノマー成分として含む共重合体がより好ましい。なお、前記の「(メタ)アクリル」は、「アクリル」または「メタクリル」を意味する。 Examples of sulfideable organic compounds include polybutadiene, polyisoprene, poly (meth) acrylonitrile, polychloroprene, styrene-butadiene copolymer, ethylene-propylene-diene copolymer, acrylonitrile-butadiene copolymer, and styrene-butadiene. Carbon-carbon such as −styrene copolymer, styrene-isoprene-styrene copolymer, (meth) acrylonitrile- (meth) acrylic acid ester copolymer, methacrylonitrile-acrylonitrile- (meth) acrylic acid ester copolymer, etc. Polymers having an unsaturated bond; higher fatty acids such as stearic acid, linoleic acid, and arachidonic acid (preferably fatty acids having 12 to 22 carbon atoms, more preferably fatty acids having 14 to 20 carbon atoms) and the like can be mentioned. Among them, polybutadiene, a polymer or copolymer containing (meth) acrylonitrile as a monomer component, and a higher fatty acid are preferable, and high cis butadiene and methacrylonitrile having a cis-1,4 bond amount of 90% or more are used as a monomer component. The copolymer containing it is more preferable. The above-mentioned "(meth) acrylic" means "acrylic" or "methacryl".

本実施形態においては、前記の(メタ)アクリロニトリルをモノマー成分として含む重合体もしくは共重合体として、(メタ)アクリロニトリルをモノマー成分として含む重合体もしくは共重合体を含有する外殻に炭化水素を内包させた粒子(以下、「熱膨張性マイクロカプセル」と表記することがある)を使用してもよい。かかる熱膨張性マイクロカプセルとしては、例えば、日本フィライト(株)製の商品名「エクスパンセル」、松本油脂製薬(株)製の商品名「マツモトマイクロスフェアー」、(株)クレハ製「ダイフォーム」、積水化学工業(株)製「アドバンセル」等の市販の熱膨張性マイクロカプセルを使用することができる。 In the present embodiment, the polymer or copolymer containing (meth) acrylonitrile as a monomer component is contained, and the outer shell containing the polymer or copolymer containing (meth) acrylonitrile as a monomer component contains hydrocarbons. The polymerized particles (hereinafter, may be referred to as "heat-expandable microcapsules") may be used. Examples of such heat-expandable microcapsules include the trade name "Expansel" manufactured by Nippon Phillite Co., Ltd., the trade name "Matsumoto Microsphere" manufactured by Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd. Commercially available heat-expandable microcapsules such as "Foam" and "Advancel" manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. can be used.

多孔性を有する炭素材料としては、例えば、活性炭、ケッチェンブラック等が挙げられる。 Examples of the carbon material having porosity include activated carbon, Ketjen black and the like.

硫黄系活物質における硫黄の総含有量が多いほど、非水電解質二次電池の充放電容量が向上する傾向にある。そのため、硫黄系活物質における元素分析による硫黄の総含有量は50質量%以上であることが好ましい。また、焼成により、有機化合物中の水素は硫黄と反応して硫化水素となり、硫黄系正極活物質中から減っていく。そのため、水素の含有量は少ないほど好ましい。具体的には、元素分析による水素の含有量は1.6質量%以下、特に1.0質量%以下であるのが好ましい。水素の含有量がこの範囲を超える場合には硫化反応が不十分であるため、非水電解質二次電池の充放電容量を十分に大きくできないおそれがある。 The higher the total sulfur content in the sulfur-based active material, the higher the charge / discharge capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery tends to be. Therefore, the total content of sulfur in the sulfur-based active material by elemental analysis is preferably 50% by mass or more. Further, by firing, hydrogen in the organic compound reacts with sulfur to become hydrogen sulfide, which is reduced from the sulfur-based positive electrode active material. Therefore, the smaller the hydrogen content, the more preferable. Specifically, the hydrogen content by elemental analysis is preferably 1.6% by mass or less, particularly 1.0% by mass or less. If the hydrogen content exceeds this range, the sulfurization reaction is insufficient, and the charge / discharge capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery may not be sufficiently increased.

有機硫黄系活物質は、活物質中に硫黄を強く固定化できるため、充放電反応に伴う電池の容量低下を抑制する効果が高いことから、本実施形態において好適に用いられる。また、有機硫黄系活物質は、焼成工程において酸性ガスが発生するが、本実施形態に係る電極スラリーを使用することによって、非水電解質二次電池の充放電容量およびサイクル特性を顕著に改善することができる。 The organic sulfur-based active material is preferably used in the present embodiment because it can strongly immobilize sulfur in the active material and has a high effect of suppressing a decrease in battery capacity due to a charge / discharge reaction. Further, although the organic sulfur-based active material generates acid gas in the firing step, the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery are remarkably improved by using the electrode slurry according to the present embodiment. be able to.

有機硫黄系活物質としては、チエノアセン構造を有する炭素硫黄構造体が特に好適に用いられる。該炭素硫黄構造体を正極に用いた非水電解質二次電池は、充放電容量が大きくかつサイクル特性に優れる。該炭素硫黄構造体は、例えば特許文献4に記載の方法に準じて製造することができる。 As the organic sulfur-based active material, a carbon-sulfur structure having a thienoacene structure is particularly preferably used. A non-aqueous electrolyte secondary battery using the carbon-sulfur structure as a positive electrode has a large charge / discharge capacity and excellent cycle characteristics. The carbon-sulfur structure can be produced, for example, according to the method described in Patent Document 4.

該炭素硫黄構造体は、ラマンスペクトルにおいて、ラマンシフトの500cm-1付近、1250cm-1付近、および1450cm-1付近にピークを有する。かかるスペクトルは、6員環であるグラファイト構造で見られる1350cm-1付近のDバンド、および1590cm-1付近のGバンドと呼ばれるスペクトルとは異なっており、文献〔Chem. Phys. Chem. 2009, 10, 3069-3076〕に記載のチエノアセンのスペクトルと似ていることから、上記のラマンスペクトルを示す炭素硫黄構造体は、式(i)
で表されるようにチオフェン環が縮合して連鎖した長鎖ポリマー状のチエノアセン構造を有していると推測される。
The carbon sulfur structure has in the Raman spectrum, around 500 cm -1 Raman shift, the peak 1250cm around -1, and 1450cm around -1. Such spectrum is different from a spectrum called D band, and 1590 cm -1 vicinity of G band near 1350 cm -1 observed in graphite structure is a 6-membered ring, the literature [Chem. Phys. Chem. 2009, 10 , 3069-3076], the carbon-sulfur structure exhibiting the Raman spectrum described above is of formula (i) because it resembles the spectrum of thienoacen.
It is presumed that the thiophene ring has a long-chain polymer-like thienoacen structure in which the thiophene rings are condensed and linked as represented by.

また該炭素硫黄構造体は、水素の含有量が1.6質量%以下、特に1.0質量%以下であるのが好ましい。また、FT−IRスペクトルにおいて、917cm-1付近、1042cm-1付近、1149cm-1付近、1214cm-1付近、1388cm-1付近、1415cm-1付近、および1439cm-1付近にピークが存在することが好ましい。 Further, the carbon-sulfur structure preferably has a hydrogen content of 1.6% by mass or less, particularly 1.0% by mass or less. Further, the FT-IR spectrum, 917Cm around -1, 1042Cm around -1, 1149Cm around -1, 1214Cm around -1, 1388Cm around -1, 1415Cm around -1, and that a peak exists in 1439cm around -1 preferable.

<硫黄系活物質の製造>
硫黄系活物質は公知の方法で製造することができる。有機硫黄系活物質は、例えば、下記の方法により、硫化可能な有機化合物に、硫黄と加硫促進剤および/または導電性炭素材料を配合し、焼成して製造することができる。多孔性を有する炭素材料と硫黄とを混合した原料を焼成してなる炭素硫黄複合体は、例えば、国際公開第2016/075916号に記載の方法により製造することができる。
<Manufacturing of sulfur-based active materials>
The sulfur-based active material can be produced by a known method. The organic sulfur-based active material can be produced, for example, by blending sulfur and a vulcanization accelerator and / or a conductive carbon material with a sulfurizable organic compound and firing it by the following method. A carbon-sulfur composite obtained by firing a raw material obtained by mixing a porous carbon material and sulfur can be produced, for example, by the method described in International Publication No. 2016/075916.

硫黄としては粉末硫黄、不溶性硫黄、沈降硫黄等を使用できるが、微粒子であることからコロイド硫黄が好ましい。硫黄の配合量は、充放電容量およびサイクル特性の観点から、硫化可能な有機化合物100質量部に対して、250質量部以上が好ましく、300質量部以上がより好ましい。一方、硫黄の配合量の上限は特に制限されないが、充放電容量が飽和しコスト的にも不利となることから、1500質量部以下が好ましく、1000質量部以下がより好ましい。 As the sulfur, powdered sulfur, insoluble sulfur, precipitated sulfur and the like can be used, but colloidal sulfur is preferable because it is fine particles. From the viewpoint of charge / discharge capacity and cycle characteristics, the amount of sulfur compounded is preferably 250 parts by mass or more, more preferably 300 parts by mass or more, based on 100 parts by mass of the sulfideable organic compound. On the other hand, the upper limit of the amount of sulfur blended is not particularly limited, but 1500 parts by mass or less is preferable, and 1000 parts by mass or less is more preferable, because the charge / discharge capacity is saturated and it is disadvantageous in terms of cost.

加硫促進剤を配合する場合の硫化可能な有機化合物100質量部に対する使用量は、充放電容量およびサイクル特性の観点から、3質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましい。また、一方、配合量の上限は特に制限されないが、充放電容量が飽和しコスト的にも不利となることから、250質量部以下が好ましく、50質量部以下がより好ましい。 When the vulcanization accelerator is blended, the amount used with respect to 100 parts by mass of the sulfurizable organic compound is preferably 3 parts by mass or more, more preferably 10 parts by mass or more, from the viewpoint of charge / discharge capacity and cycle characteristics. On the other hand, the upper limit of the blending amount is not particularly limited, but 250 parts by mass or less is preferable, and 50 parts by mass or less is more preferable, because the charge / discharge capacity is saturated and it is disadvantageous in terms of cost.

導電助剤は、特に制限されないが、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)、炭素粉末、カーボンブラック(CB)、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、黒鉛等の導電性炭素材料を好適に使用することができる。容量密度、入出力特性、および導電性の観点からは、アセチレンブラック(AB)またはケッチェンブラック(KB)が好ましい。これらの導電助剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The conductive auxiliary agent is not particularly limited, but is conductive such as vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon powder, carbon black (CB), acetylene black (AB), Ketjen black (KB), and graphite. A carbon material can be preferably used. From the viewpoint of capacitance density, input / output characteristics, and conductivity, acetylene black (AB) or Ketjen black (KB) is preferable. These conductive auxiliaries may be used alone or in combination of two or more.

導電助剤を配合する場合の硫化可能な有機化合物100質量部に対する使用量は、充放電容量およびサイクル特性の観点から、1質量部以上が好ましく、3質量部以上が好ましく、5質量部がさらに好ましい。一方、該配合量は、50質量部以下が好ましく、30質量部以下がより好ましく、20質量部以下がさらに好ましい。50質量部超では、硫黄含有化合物における硫黄を含む構造の割合が相対的に低下するため、充放電容量やサイクル特性を一層向上させるという目的を達成しがたい傾向がある。 When the conductive auxiliary agent is blended, the amount used with respect to 100 parts by mass of the sulfideable organic compound is preferably 1 part by mass or more, preferably 3 parts by mass or more, and further 5 parts by mass from the viewpoint of charge / discharge capacity and cycle characteristics. preferable. On the other hand, the blending amount is preferably 50 parts by mass or less, more preferably 30 parts by mass or less, and further preferably 20 parts by mass or less. If it exceeds 50 parts by mass, the proportion of the sulfur-containing structure in the sulfur-containing compound is relatively low, so that it tends to be difficult to achieve the purpose of further improving the charge / discharge capacity and cycle characteristics.

焼成は、非酸化性雰囲気下で加熱することにより実施する。非酸化性雰囲気とは、酸素を実質的に含まない雰囲気をいい、構成成分の酸化劣化や過剰な熱分解を抑制するために採用されるものである。具体的には、窒素やアルゴン等の不活性ガスを充填した、不活性ガス雰囲気下の石英管中で、加熱処理する。焼成の温度は、250℃以上が好ましく、300℃以上がより好ましい。250℃未満であると、硫化反応が不十分で、目的物の充放電容量が低くなる傾向がある。一方、焼成の温度は、550℃以下が好ましく、450℃以下がより好ましい。550℃を超えると、原料化合物の分解が多くなり、収率が低下したり、充放電容量が低下したりする傾向がある。 Baking is carried out by heating in a non-oxidizing atmosphere. The non-oxidizing atmosphere refers to an atmosphere that does not substantially contain oxygen, and is adopted to suppress oxidative deterioration and excessive thermal decomposition of constituent components. Specifically, the heat treatment is carried out in a quartz tube in an inert gas atmosphere filled with an inert gas such as nitrogen or argon. The firing temperature is preferably 250 ° C. or higher, more preferably 300 ° C. or higher. If the temperature is lower than 250 ° C., the sulfurization reaction is insufficient and the charge / discharge capacity of the target product tends to be low. On the other hand, the firing temperature is preferably 550 ° C. or lower, more preferably 450 ° C. or lower. If the temperature exceeds 550 ° C., the decomposition of the raw material compound increases, and the yield tends to decrease or the charge / discharge capacity tends to decrease.

焼成後に得られる硫化物中には、焼成時に昇華した硫黄が冷えて析出したもの等、いわゆる未反応硫黄が残留している。硫黄は絶縁体であるため、電極内部において電気抵抗として働き、電池性能の低下を引き起こす可能性がある。未反応硫黄はサイクル特性を低下させる要因となるため、未反応硫黄を除去する必要がある。未反応硫黄の除去方法は減圧加熱乾燥、温風乾燥、溶媒洗浄等の方法で行うことができる。 In the sulfide obtained after calcination, so-called unreacted sulfur such as sulfur sublimated during calcination that has cooled and precipitated remains. Since sulfur is an insulator, it acts as an electrical resistance inside the electrode and may cause deterioration of battery performance. Since unreacted sulfur causes a decrease in cycle characteristics, it is necessary to remove unreacted sulfur. The method for removing unreacted sulfur can be carried out by a method such as vacuum heating drying, warm air drying, solvent washing and the like.

得られた硫黄系活物質は、所定の粒度となるように粉砕し、分級して、電極の製造に適したサイズの粒子とすることができる。レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて得られる粒子の好ましい粒度分布としては、メジアン径で5〜25μm程度である。 The obtained sulfur-based active material can be pulverized to have a predetermined particle size and classified into particles having a size suitable for manufacturing an electrode. The preferred particle size distribution of the particles obtained by using the laser diffraction type particle size distribution measuring device is about 5 to 25 μm in median diameter.

<電極スラリーの調製>
本実施形態に係る非水電解質二次電池用電極スラリー(以下、単に「電極スラリー」と称することがある)は、前記の硫黄系活物質、バインダ、および水系溶媒を含有し、pHが3.0以上9.0以下であることを特徴とし、導電助剤を含有することが好ましい。また、スラリーのpHを前記の範囲に調整するため、アルカリ性物質を添加することも好ましい態様として挙げられる。
<Preparation of electrode slurry>
The electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment (hereinafter, may be simply referred to as “electrode slurry”) contains the above-mentioned sulfur-based active material, binder, and aqueous solvent, and has a pH of 3. It is characterized by being 0 or more and 9.0 or less, and preferably contains a conductive auxiliary agent. Further, in order to adjust the pH of the slurry to the above range, it is also preferable to add an alkaline substance.

電極スラリーを調製する方法は特に制限されず、例えば、硫黄系活物質、バインダ、さらに必要に応じて導電助剤、アルカリ性物質等の固形成分を溶媒中に分散させ、一般的な電極スラリー作製に用いられる撹拌・混合装置を用いて処理することで調製される。 The method for preparing the electrode slurry is not particularly limited, and for example, solid components such as a sulfur-based active material, a binder, and if necessary, a conductive auxiliary agent and an alkaline substance are dispersed in a solvent to prepare a general electrode slurry. It is prepared by processing with the stirring / mixing device used.

電極スラリーのpHは、3.0以上9.0以下であり、6.0以上9.0以下が好ましく、6.0以上8.0以下がさらに好ましい。なお、電極スラリーのpHは、スラリー中の固形分濃度が10質量%以上の時にpHが3以上9以下であることが好ましい。 The pH of the electrode slurry is 3.0 or more and 9.0 or less, preferably 6.0 or more and 9.0 or less, and more preferably 6.0 or more and 8.0 or less. The pH of the electrode slurry is preferably 3 or more and 9 or less when the solid content concentration in the slurry is 10% by mass or more.

本明細書において「pH」とは、水溶液中の水素イオン濃度を示す指数である。尚、ここで、pHは、(株)堀場製作所製の卓上型pHメーター(LAQUAact D-71AC)により測定した値である。また、pHは、これと同等の装置により測定することも可能である。 As used herein, "pH" is an index indicating the concentration of hydrogen ions in an aqueous solution. Here, the pH is a value measured by a desktop pH meter (LAQUAact D-71AC) manufactured by HORIBA, Ltd. The pH can also be measured with an equivalent device.

電極スラリーのpHを前記の範囲に調整する方法は特に制限されず、例えば、焼成後に得られた硫黄系活物質に対し液体(好ましくは水またはアルカリ性の水溶液)で洗浄処理する方法、硫黄系活物質に対し加熱処理を行い吸着した酸性ガス等を除去する方法、電極スラリーにアルカリ性物質を添加して中和する方法などが挙げられる。 The method of adjusting the pH of the electrode slurry to the above range is not particularly limited. For example, a method of cleaning the sulfur-based active material obtained after firing with a liquid (preferably water or an alkaline aqueous solution), sulfur-based activity. Examples thereof include a method of heat-treating a substance to remove adsorbed acid gas and the like, and a method of adding an alkaline substance to the electrode slurry to neutralize the substance.

電極スラリーにアルカリ性物質を添加することにより、硫黄系活物質に含まれる酸性成分を中和反応により中性化し、スラリーのpHを前記の範囲に調整することができる。当該方法によれば、電極スラリーにアルカリ性物質を配合するのみで、既存のスラリー作製工程からプロセスを増やすことなく電極スラリーのpH調整を行うことができる。 By adding an alkaline substance to the electrode slurry, the acidic component contained in the sulfur-based active material is neutralized by a neutralization reaction, and the pH of the slurry can be adjusted to the above range. According to this method, the pH of the electrode slurry can be adjusted by simply adding an alkaline substance to the electrode slurry without increasing the number of processes from the existing slurry production process.

(アルカリ性物質)
本実施形態に使用可能なアルカリ性物質としては、第1族または第2族に属する金属塩あるいは金属酸化物が好適に使用される。第1族または第2族に属する金属塩あるいは金属酸化物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(Alkaline substance)
As the alkaline substance that can be used in this embodiment, a metal salt or metal oxide belonging to Group 1 or Group 2 is preferably used. The metal salts or metal oxides belonging to Group 1 or Group 2 may be used alone or in combination of two or more.

第1族に属する金属塩(アルカリ金属塩)としては、第1族に属する金属の水酸化物、第1族に属する金属の無機酸塩、第1族に属する金属の有機酸塩が挙げられ、第1族に属する金属の無機酸塩が好ましい。 Examples of metal salts (alkali metal salts) belonging to Group 1 include hydroxides of metals belonging to Group 1, inorganic acid salts of metals belonging to Group 1, and organic acid salts of metals belonging to Group 1. , Inorganic acid salts of metals belonging to Group 1 are preferable.

第1族に属する金属塩の金属塩を構成する金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムおよびセシウムが好ましく、リチウム、ナトリウム、およびカリウムがより好ましく、リチウムが特に好ましい。 As the metal constituting the metal salt of the metal salt belonging to Group 1, lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium are preferable, lithium, sodium and potassium are more preferable, and lithium is particularly preferable.

第2族に属する金属塩としては、第2族に属する金属の水酸化物、第2族に属する金属の無機酸塩、第2族に属する金属の有機酸塩が挙げられ、第2族に属する金属の無機酸塩が好ましい。 Examples of the metal salt belonging to Group 2 include hydroxides of metals belonging to Group 2, inorganic acid salts of metals belonging to Group 2, and organic acid salts of metals belonging to Group 2. The inorganic acid salt of the metal to which it belongs is preferable.

第2族に属する金属塩を構成する金属としては、マグネシウム、カルシウム、およびバリウムが好ましく、マグネシウムおよびカルシウムがより好ましく、マグネシウムが特に好ましい。 As the metal constituting the metal salt belonging to Group 2, magnesium, calcium and barium are preferable, magnesium and calcium are more preferable, and magnesium is particularly preferable.

第1族または第2族に属する金属の無機酸塩を構成する無機酸塩としては、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩、リン酸水素塩等が挙げられ、分子量の小さい炭酸塩および炭酸水素塩が好ましい。 Examples of the inorganic acid salt constituting the inorganic acid salt of the metal belonging to Group 1 or Group 2 include carbonate, hydrogen carbonate, phosphate, hydrogen phosphate and the like, and carbonate and carbonate having a small molecular weight. Bicarbonate is preferred.

第1族または第2族に属する金属の有機酸塩を構成する有機酸塩としては、ギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、シュウ酸塩、乳酸塩、クエン酸塩、安息香酸塩等が挙げられ、分子量の小さい酢酸塩およびギ酸塩が好ましい。 Examples of the organic acid salt constituting the organic acid salt of the metal belonging to Group 1 or Group 2 include formate, acetate, propionate, oxalate, lactate, citrate, benzoate and the like. Therefore, acetates and formates having a small molecular weight are preferable.

上記の第1族または第2族に属する金属塩の中でも、アルカリ金属塩が好ましく、アルカリ金属の無機酸塩がより好ましい。また、重量エネルギー密度の観点から、分子量は小さい方が好ましい。 Among the metal salts belonging to the above-mentioned Group 1 or Group 2, alkali metal salts are preferable, and alkali metal inorganic acid salts are more preferable. Further, from the viewpoint of weight energy density, it is preferable that the molecular weight is small.

上記の第1族または第2族に属する金属塩の好ましい具体例としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、炭酸リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化リチウム等が挙げられる。 Preferred specific examples of the above-mentioned metal salts belonging to Group 1 or Group 2 include, for example, sodium carbonate, magnesium carbonate, lithium carbonate, sodium hydrogen carbonate, magnesium hydrogen carbonate, lithium hydrogen carbonate, sodium hydroxide, magnesium hydroxide. , Lithium hydroxide and the like.

第1族または第2族に属する金属塩あるいは金属酸化物以外で使用可能なアルカリ性物質としては、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン等の塩基性ガス、カーボンブラック等が挙げられる。第1族または第2族に属する金属塩あるいは金属酸化物以外のアルカリ性物質は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。さらに、第1族または第2族に属する金属塩あるいは金属酸化物と併用してもよい。 Examples of alkaline substances that can be used other than metal salts or metal oxides belonging to Group 1 or Group 2 include basic gases such as ammonia, methylamine and ethylamine, carbon black and the like. Alkaline substances other than metal salts or metal oxides belonging to Group 1 or Group 2 may be used alone or in combination of two or more. Further, it may be used in combination with a metal salt or metal oxide belonging to Group 1 or Group 2.

(バインダ)
バインダとしては、電極に用いられる公知のバインダが使用可能であるが、水との親和性および環境負荷低減の観点から、水性バインダが好適に用いられる。水性バインダとしては、例えば、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリビニルアルコール(PVA)、アクリル樹脂、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、水溶性ポリイミド(PI)、水溶性ポリアミドイミド(PAI)、メタクリル樹脂(PMA)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ウレタン等が挙げられる。これらのバインダは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
(Binder)
As the binder, a known binder used for the electrode can be used, but an aqueous binder is preferably used from the viewpoint of affinity with water and reduction of environmental load. Examples of the aqueous binder include hydroxypropyl cellulose (HPC), carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinyl alcohol (PVA), acrylic resin, styrene-butadiene rubber (SBR), water-soluble polyimide (PI), and water-soluble polyamide-imide (PAI). ), Methacrylic resin (PMA), polyethylene oxide (PEO), urethane and the like. These binders may be used alone or in combination of two or more.

(導電助剤)
導電助剤としては、前記の硫黄系活物質の製造において使用可能な導電助剤を同様に使用できる。
(Conductive aid)
As the conductive auxiliary agent, a conductive auxiliary agent that can be used in the production of the sulfur-based active material can be similarly used.

(溶媒)
電極スラリーの作製において、硫黄系活物質、バインダ、導電助剤、アルカリ性物質等の固形成分を分散させるために使用される溶媒としては、水を含む溶媒(水系溶媒)が好ましく、水が好ましい。水以外の有機溶媒を使用すると、硫黄系活物質から充放電反応に寄与する硫黄成分が溶出し、電池の充放電容量が低下する傾向がある。また、環境負荷低減の観点からも、水系溶媒が好ましい。なお、本発明の効果を損なわない範囲(例えば、水以外の有機溶媒が20質量%未満)であれば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアルデヒド、低級アルコール等の水と混和する溶媒を混合してもよい。
(solvent)
In the preparation of the electrode slurry, the solvent used for dispersing the solid components such as the sulfur-based active material, the binder, the conductive additive, and the alkaline substance is preferably a solvent containing water (aqueous solvent), and water is preferable. When an organic solvent other than water is used, the sulfur component that contributes to the charge / discharge reaction elutes from the sulfur-based active material, and the charge / discharge capacity of the battery tends to decrease. Further, an aqueous solvent is preferable from the viewpoint of reducing the environmental load. As long as the effect of the present invention is not impaired (for example, organic solvent other than water is less than 20% by mass), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformaldehyde, lower alcohol, etc. A solvent that is miscible with water may be mixed.

電極スラリー中の固形成分(特に、硫黄系活物質、バインダ、導電助剤、およびアルカリ剤。以下同じ。)100質量%に対する硫黄系活物質の含有量は、電池のエネルギー密度向上の観点から、85質量%以上が好ましく、87質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。また、硫黄系活物質の含有量の上限は特に制限されないが、99質量%以下が好ましく、97質量%以下がより好ましく、95質量%以下がさらに好ましい。 The content of the sulfur-based active material with respect to 100% by mass of the solid components (particularly the sulfur-based active material, the binder, the conductive auxiliary agent, and the alkaline agent; the same applies hereinafter) in the electrode slurry is determined from the viewpoint of improving the energy density of the battery. 85% by mass or more is preferable, 87% by mass or more is more preferable, and 90% by mass or more is further preferable. The upper limit of the content of the sulfur-based active material is not particularly limited, but is preferably 99% by mass or less, more preferably 97% by mass or less, and further preferably 95% by mass or less.

電極スラリー中の固形成分100質量%に対するバインダの含有量は、0.1〜10.0質量部が好ましい。 The content of the binder in the electrode slurry with respect to 100% by mass of the solid component is preferably 0.1 to 10.0 parts by mass.

電極スラリー中に導電助剤を配合する場合の固形成分100質量%に対する含有量は、0.1〜10.0質量%が好ましく、0.5〜8.0質量%がより好ましい。 When the conductive auxiliary agent is blended in the electrode slurry, the content with respect to 100% by mass of the solid component is preferably 0.1 to 10.0% by mass, more preferably 0.5 to 8.0% by mass.

電極スラリー中にアルカリ性物質を配合する場合の固形成分100質量%に対する含有量は、用いる金属塩のイオンの価数や分子量によって変化するが、電極スラリーのpHを3以上9以下に調整する観点から、0.5〜5.0質量%が好ましい。 The content of an alkaline substance in the electrode slurry with respect to 100% by mass of the solid component varies depending on the valence and molecular weight of the ions of the metal salt used, but from the viewpoint of adjusting the pH of the electrode slurry to 3 or more and 9 or less. , 0.5 to 5.0% by mass is preferable.

<電極の構成>
本実施形態に係る非水電解質二次電池用電極(正極および負極)は、一般的な非水電解質蓄電デバイスと同様の構造とすることができる。例えば、本実施形態に係る電極スラリーを電極に用いる場合、電極スラリーを乾燥し固化させた活物質層と、集電体とを少なくとも含む電極とすることができる。活物質層は、前記の硫黄系活物質およびバインダを含有し、導電助剤および/またはアルカリ性物質を含有することが好ましい。
<Electrode configuration>
The electrodes (positive electrode and negative electrode) for the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment can have the same structure as a general non-aqueous electrolyte power storage device. For example, when the electrode slurry according to the present embodiment is used for the electrode, the electrode can be an electrode containing at least an active material layer obtained by drying and solidifying the electrode slurry and a current collector. The active material layer preferably contains the above-mentioned sulfur-based active material and binder, and preferably contains a conductive auxiliary agent and / or an alkaline substance.

本実施形態に係る非水電解質二次電池用電極は、前記の電極スラリーを集電体に塗布し、乾燥することにより作製することができる。また、その他の方法として、硫黄系活物質、導電助剤およびバインダの混合物を、乳鉢やプレス機等で混練しかつフィルム状にし、フィルム状の混合物をプレス機等で集電体に圧着することにより作製することもできる。 The electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment can be produced by applying the electrode slurry to a current collector and drying it. As another method, a mixture of a sulfur-based active material, a conductive auxiliary agent, and a binder is kneaded and formed into a film by a mortar or a press machine, and the film-like mixture is crimped to a current collector by a press machine or the like. It can also be produced by.

(集電体)
集電体としては、リチウムイオン二次電池用の電極として一般に用いられるものを使用することができる。集電体の具体例としては、例えば、アルミ箔、アルミニウムメッシュ、パンチングアルミニウムシート、アルミニウムエキスパンドシート等のアルミニウム系集電体;ステンレススチール箔、ステンレススチールメッシュ、パンチングステンレススチールシート、ステンレススチールエキスパンドシート等のステンレス系集電体;発泡ニッケル、ニッケル不織布等のニッケル系集電体;銅箔、銅メッシュ、パンチング銅シート、銅エキスパンドシート等の銅系集電体;チタン箔、チタンメッシュ等のチタン系集電体;カーボン不織布、カーボン織布等の炭素系集電体が挙げられる。なかでも、機械的強度、導電性、質量密度、コスト等の観点から、アルミニウム系集電体が好ましい。
(Current collector)
As the current collector, one generally used as an electrode for a lithium ion secondary battery can be used. Specific examples of the current collector include aluminum-based current collectors such as aluminum foil, aluminum mesh, punching aluminum sheet, and aluminum expand sheet; stainless steel foil, stainless steel mesh, punching stainless steel sheet, stainless steel expand sheet, and the like. Stainless steel current collectors; nickel foam collectors such as nickel foam and nickel non-woven fabrics; copper foil collectors such as copper foil, copper mesh, punching copper sheet, and copper expand sheet; titanium-based collectors such as titanium foil and titanium mesh. Current collector: A carbon-based current collector such as a carbon non-woven material or a carbon woven cloth can be used. Of these, an aluminum-based current collector is preferable from the viewpoints of mechanical strength, conductivity, mass density, cost, and the like.

アルミ箔は、他の集電体に比べて安価で、導電性に優れ、重量も軽いため、電池のエネルギー密度を向上させることにつながり、非常に有用である。しかしながら、アルミニウムは両性金属であり、酸やアルカリ環境下で腐食が進行するため、pHが3.0未満またはpHが9.0超の電極スラリーを用いて電極を作製した場合は電池性能が極めて悪化する。一方、本実施形態に係る電極スラリーを使用した場合は、集電体にアルミ箔等のアルミニウム系集電体を使用したとしても十分な電池性能を得ることが可能となる。 Aluminum foil is cheaper than other current collectors, has excellent conductivity, and is light in weight, which is very useful because it leads to an improvement in the energy density of the battery. However, since aluminum is an amphoteric metal and corrosion progresses in an acid or alkaline environment, the battery performance is extremely high when the electrode is manufactured using an electrode slurry having a pH of less than 3.0 or a pH of more than 9.0. Getting worse. On the other hand, when the electrode slurry according to the present embodiment is used, sufficient battery performance can be obtained even if an aluminum-based current collector such as an aluminum foil is used as the current collector.

集電体の形状には特に制約はないが、例えば、箔状基材、三次元基材等を用いることができる。三次元基材(発泡メタル、メッシュ、織布、不織布、エキスパンド等)を用いると、集電体との密着性に欠けるようなバインダであっても高い容量密度の電極が得られるとともに、高率充放電特性も良好になる傾向がある。 The shape of the current collector is not particularly limited, but for example, a foil-like base material, a three-dimensional base material, or the like can be used. When a three-dimensional base material (foam metal, mesh, woven fabric, non-woven fabric, expand, etc.) is used, an electrode with a high capacitance density can be obtained even with a binder that lacks adhesion to the current collector, and a high rate is obtained. The charge / discharge characteristics also tend to be good.

(電極材料)
本実施形態に係る硫黄系活物質を正極に用いる場合、負極材料としては、例えば、金属リチウム、黒鉛等の炭素系材料;シリコン薄膜、SiO等のシリコン系材料;銅−スズやコバルト−スズ等のスズ合金系材料等の公知の負極材料が挙げられる。負極材料としてリチウムを含まない材料、例えば、炭素系材料、シリコン系材料、スズ合金系材料等を用いた場合には、デンドライトの発生による正負極間の短絡を生じにくくでき、非水電解質二次電池の長寿命化を図ることができる。なかでも、高容量の負極材料であるシリコン系材料が好ましく、電極厚さを小さくでき、体積当りの容量の点で有利となる薄膜シリコンがより好ましい。
(Electrode material)
When the sulfur-based active material according to the present embodiment is used for the positive electrode, examples of the negative electrode material include carbon-based materials such as metallic lithium and graphite; silicon-based materials such as silicon thin film and SiO; copper-tin, cobalt-tin and the like. Examples thereof include known negative electrode materials such as tin alloy-based materials. When a lithium-free material such as a carbon-based material, a silicon-based material, or a tin alloy-based material is used as the negative electrode material, a short circuit between the positive and negative electrodes due to dendrite generation can be less likely to occur, and a non-aqueous electrolyte secondary material can be used. The life of the battery can be extended. Among them, a silicon-based material which is a high-capacity negative electrode material is preferable, and a thin-film silicon which can reduce the electrode thickness and is advantageous in terms of capacity per volume is more preferable.

ただし、リチウムを含まない負極材料を、本実施形態に係る正極と組み合わせて用いる場合には、正極および負極がいずれもリチウムを含まないことになるため、いずれか一方、または両方に、あらかじめリチウムを挿入するプリドープの処理が必要となる。 However, when a lithium-free negative electrode material is used in combination with the positive electrode according to the present embodiment, neither the positive electrode nor the negative electrode contains lithium. Therefore, lithium is previously added to either or both of them. It is necessary to process the pre-dope to be inserted.

プリドープの方法としては、公知の方法を利用することができる。例えば、負極にリチウムをドープする場合は、対極として金属リチウムを用いて半電池を組んで電気化学的にリチウムをドープする電解ドープ法や、金属リチウム箔を電極に貼り付けた状態で電解液中に放置して電極へのリチウムの拡散によってドープする貼り付けプリドープ法等が挙げられる。なお、正極にリチウムをプリドープする場合にも、上述した電解ドープ法を採用することができる。 As a predoping method, a known method can be used. For example, when the negative electrode is doped with lithium, an electrolytic doping method in which a semi-battery is assembled using metallic lithium as a counter electrode and the lithium is electrochemically doped, or in an electrolytic solution with a metallic lithium foil attached to the electrode. Examples thereof include a pasting predoping method in which the electrode is left in the electrode and doped by diffusion of lithium to the electrode. The above-mentioned electrolytic doping method can also be adopted when lithium is pre-doped into the positive electrode.

本実施形態に係る硫黄系活物質を負極に用いる場合、正極材料としては、例えば、リチウムと遷移金属の複合酸化物(特に、コバルト系複合酸化物、ニッケル系複合酸化物、マンガン系複合酸化物、コバルト・ニッケル・マンガンの3元素から成る三元系複合酸化)が挙げられる。また、オリビン型の結晶構造を有するリチウム遷移金属リン酸塩複合化合物(特にリン酸鉄リチウム、リン酸マンガンリチウム)等も使用可能である。なお、リチウムを含有する遷移金属リチウム複合酸化物系の化合物を活物質に用いて作製される電極を正極とし、本実施形態に係る電極スラリーを使用した電極を負極として組み合せる場合は、正極にリチウムが含まれるため、リチウムプリドープ処理は必ずしも必要ではない。 When the sulfur-based active material according to the present embodiment is used for the negative electrode, the positive electrode material may be, for example, a composite oxide of lithium and a transition metal (particularly, a cobalt-based composite oxide, a nickel-based composite oxide, or a manganese-based composite oxide. , A ternary complex oxidation consisting of three elements of cobalt, nickel and manganese). Further, a lithium transition metal phosphate composite compound having an olivine type crystal structure (particularly lithium iron phosphate, lithium manganese phosphate) and the like can also be used. When the electrode produced by using a lithium-containing transition metal lithium composite oxide-based compound as the active material is used as the positive electrode and the electrode using the electrode slurry according to the present embodiment is used as the negative electrode, the positive electrode is used. Lithium predoping is not always necessary as it contains lithium.

<電解質>
非水電解質二次電池を構成する電解質としては、イオン伝導性を有する液体または固体であればよく、公知の非水電解質二次電池に用いられる電解質と同様のものが使用できるが、電池の出力特性が高いという観点から、有機溶媒に支持電解質であるアルカリ金属塩を溶解させたものを使用することが好ましい。
<Electrolyte>
The electrolyte constituting the non-aqueous electrolyte secondary battery may be any liquid or solid having ionic conductivity, and the same electrolyte as that used for known non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used, but the output of the battery. From the viewpoint of high characteristics, it is preferable to use an organic solvent in which an alkali metal salt as a supporting electrolyte is dissolved.

有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、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、ジメチルエーテル、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル等の非水性溶媒から選ばれる少なくとも一種が挙げられる。好ましくは、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、またはこれらの混合溶媒が挙げられる。 Examples of the organic solvent include at least one selected from non-aqueous solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl ether, γ-butyrolactone and acetonitrile. Preferably, ethylene carbonate, propylene carbonate, or a mixed solvent thereof is used.

支持電解質としては、例えばLiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiI、LiClO4等が挙げられ、LiPF6が好ましい。 Examples of the supporting electrolyte include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiI, LiClO 4, and the like, and LiPF 6 is preferable.

支持電解質の濃度は0.5mol/L〜1.7mol/L程度であればよい。なお電解質は液状には限定されない。例えば非水電解質二次電池がリチウムポリマー二次電池である場合、電解質は固体状(例えば、高分子ゲル状)、あるいはイオン性液体や溶融塩等であってもよい。 The concentration of the supporting electrolyte may be about 0.5 mol / L to 1.7 mol / L. The electrolyte is not limited to liquid. For example, when the non-aqueous electrolyte secondary battery is a lithium polymer secondary battery, the electrolyte may be solid (for example, polymer gel), ionic liquid, molten salt, or the like.

非水電解質二次電池は、上述した正極、負極、電解質以外にも、セパレータ等の部材を備えても良い。セパレータは、正極と負極との間に介在して両極間のイオンの移動を許容するとともに、当該正極と負極との内部短絡を防止するために機能する。非水電解質二次電池が密閉型であれば、セパレータには電解液を保持する機能も求められる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery may include members such as a separator in addition to the above-mentioned positive electrode, negative electrode, and electrolyte. The separator intervenes between the positive electrode and the negative electrode to allow the movement of ions between the two electrodes, and functions to prevent an internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode. If the non-aqueous electrolyte secondary battery is a closed type, the separator is also required to have a function of holding the electrolytic solution.

セパレータとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、アラミド、ポリイミド、セルロース、ガラス等を材料とする肉薄かつ微多孔性または不織布状の膜を用いるのが好ましい。 As the separator, for example, a thin, microporous or non-woven film made of polyethylene, polypropylene, polyacrylonitrile, aramid, polyimide, cellulose, glass or the like is preferably used.

本実施形態に係る非水電解質二次電池の形状は特に限定されず、円筒型、積層型、コイン型、ボタン型等の種々の形状にすることができる。 The shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical type, a laminated type, a coin type, and a button type can be used.

本実施形態に係る電極を具備した非水電解質二次電池は、高容量かつサイクル特性に優れるため、スマートフォン、パワーツール、自動車、UPS等の電源として使用可能な電気機器に利用することができる。 Since the non-aqueous electrolyte secondary battery provided with the electrodes according to the present embodiment has a high capacity and excellent cycle characteristics, it can be used in an electric device that can be used as a power source for smartphones, power tools, automobiles, UPS, and the like.

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。 The present invention will be specifically described based on Examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例および比較例で使用した各種薬品について説明する。
有機化合物1:ハイシスブタジエンゴム(宇部興産(株)製のUBEPOL(登録商標)BR150L、シス1,4結合含量98質量%)
有機化合物2:ステアリン酸(東京化成工業(株)製試薬)
硫黄:鶴見化学工業(株)製の沈降硫黄
導電性炭素材料:アセチレンブラック(デンカ(株)製のデンカブラック)
加硫促進剤:ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛(大内新興化学工業(株)製のノクセラー(登録商標)EZ)
バインダ:水性アクリル樹脂
導電助剤:アセチレンブラック(デンカ(株)製のデンカブラック)/VGCF(昭和電工(株)製)=1:1の混合物
アルカリ性物質1:炭酸リチウム(東京化成工業(株)製試薬)
アルカリ性物質2:炭酸カルシウム(東京化成工業(株)製試薬)
アルカリ性物質3:酢酸ナトリウム(東京化成工業(株)製試薬)
Various chemicals used in Examples and Comparative Examples will be described.
Organic compound 1: High cis butadiene rubber (UBEPOL (registered trademark) BR150L manufactured by Ube Industries, Ltd., cis 1,4 bond content 98% by mass)
Organic compound 2: Stearic acid (reagent manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
Sulfur: Precipitated sulfur made by Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd. Conductive carbon material: Acetylene black (Denka black manufactured by Denka Co., Ltd.)
Vulcanization accelerator: Zinc diethyldithiocarbamate (Noxeller (registered trademark) EZ manufactured by Ouchi Shinko Kagaku Kogyo Co., Ltd.)
Binder: Aqueous acrylic resin Conductive reagent: Acetylene black (Denka black manufactured by Denka Co., Ltd.) / VGCF (manufactured by Showa Denko KK) = 1: 1 mixture Alkaline substance 1: Lithium carbonate (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. Reagents)
Alkaline substance 2: Calcium carbonate (reagent manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
Alkaline substance 3: Sodium acetate (Reagent manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)

[実施例1]
<硫黄系活物質の製造工程>
(原料化合物の調製)
表1の実施例1に記載の配合に従い、有機化合物、硫黄、導電性炭素材料、および加硫促進剤を、混練試験装置((株)モリヤマ製のミックスラボ)を用いて混練することにより原料化合物を得た。得られた原料化合物は、カッターミルで細かく砕き、焼成工程に供した。
[Example 1]
<Manufacturing process of sulfur-based active material>
(Preparation of raw material compound)
Raw materials are obtained by kneading the organic compound, sulfur, conductive carbon material, and vulcanization accelerator using a kneading test device (Mix Lab manufactured by Moriyama Co., Ltd.) according to the formulation shown in Example 1 of Table 1. The compound was obtained. The obtained raw material compound was finely crushed with a cutter mill and used in a firing step.

(反応装置)
原料化合物の焼成には、図1に示す反応装置1を用いた。反応装置1は、原料化合物2を収容して焼成するための、有底筒状をなす石英ガラス製の、外径60mm、内径50mm、高さ300mmの反応容器3、当該反応容器3の上部開口を閉じるシリコン製の蓋4、当該蓋4を貫通する1本のアルミナ保護管5((株)ニッカトー製の「アルミナSSA−S」、外径4mm、内径2mm、長さ250mm)と、2本のガス導入管6とガス排出管7(いずれも、(株)ニッカトー製の「アルミナSSA−S」、外径6mm、内径4mm、長さ150mm)、および反応容器3を底部側から加熱する電気炉8(ルツボ炉、開口幅φ80mm、加熱高さ100mm)を備えている。
(Reactor)
The reactor 1 shown in FIG. 1 was used for firing the raw material compound. The reaction apparatus 1 is a reaction vessel 3 having an outer diameter of 60 mm, an inner diameter of 50 mm, and a height of 300 mm, which is made of bottomed tubular quartz glass for accommodating and firing the raw material compound 2, and an upper opening of the reaction vessel 3. A silicon lid 4 and one alumina protective tube 5 (“Alumina SSA-S” manufactured by Nikkato Co., Ltd., outer diameter 4 mm, inner diameter 2 mm, length 250 mm) that penetrates the lid 4 and two Gas introduction pipe 6 and gas discharge pipe 7 (both are "alumina SSA-S" manufactured by Nikkato Co., Ltd., outer diameter 6 mm, inner diameter 4 mm, length 150 mm), and electricity for heating the reaction vessel 3 from the bottom side. It is equipped with a furnace 8 (rutsubo furnace, opening width φ80 mm, heating height 100 mm).

アルミナ保護管5は、蓋4から下方が、反応容器3の底に収容した原料化合物2に達する長さに形成され、内部に熱電対9が挿通されている。アルミナ保護管5は、熱電対9の保護管として用いられる。熱電対9の先端は、アルミナ保護管5の閉じられた先端で保護された状態で、原料化合物2に挿入されて、当該原料化合物2の温度を測定するために機能する。熱電対9の出力は、図中に実線の矢印で示すように、電気炉8の温度コントローラ10に入力され、温度コントローラ10は、この熱電対9からの入力に基づいて、電気炉8の加熱温度をコントロールするために機能する。 The alumina protective tube 5 has a length below the lid 4 that reaches the raw material compound 2 housed in the bottom of the reaction vessel 3, and a thermocouple 9 is inserted therein. The alumina protective tube 5 is used as a protective tube for the thermocouple 9. The tip of the thermocouple 9 is inserted into the raw material compound 2 while being protected by the closed tip of the alumina protective tube 5, and functions to measure the temperature of the raw material compound 2. The output of the thermocouple 9 is input to the temperature controller 10 of the electric furnace 8 as shown by the solid arrow in the figure, and the temperature controller 10 heats the electric furnace 8 based on the input from the thermocouple 9. It works to control the temperature.

ガス導入管6とガス排出管7は、その下端が、蓋4から下方へ3mm突出するように形成されている。また反応容器3の上部は、電気炉8から突出して外気に露出されている。そのため、反応容器3の加熱によって原料化合物から発生する硫黄の蒸気は、図中に一点鎖線の矢印に示すように反応容器3の上方へ上昇するものの途中で冷却され、液滴となって、図中に破線の矢印で示すように滴下して還流される。そのため、反応系中の硫黄が、ガス排出管7を通って外部に漏れだすことはない。 The lower ends of the gas introduction pipe 6 and the gas discharge pipe 7 are formed so as to protrude 3 mm downward from the lid 4. Further, the upper portion of the reaction vessel 3 protrudes from the electric furnace 8 and is exposed to the outside air. Therefore, the vapor of sulfur generated from the raw material compound by heating the reaction vessel 3 rises above the reaction vessel 3 as shown by the arrow of the alternate long and short dash line in the figure, but is cooled in the middle and becomes droplets. As shown by the broken line arrow, the mixture is dropped and refluxed. Therefore, sulfur in the reaction system does not leak to the outside through the gas discharge pipe 7.

ガス導入管6には、図示しないガスの供給系から、Arガスが継続的に供給される。またガス排出管7は、水酸化ナトリウム水溶液11を収容したトラップ槽12に接続されている。反応容器3からガス排出管7を通って外部へ出ようとする排気は、一旦、トラップ槽12内の水酸化ナトリウム水溶液11を通ったのちに外部へ放出される。そのため排気中に、硫化反応によって発生する硫化水素ガスが含まれていても、水酸化ナトリウム水溶液と中和されて排気からは除去される。 Ar gas is continuously supplied to the gas introduction pipe 6 from a gas supply system (not shown). Further, the gas discharge pipe 7 is connected to a trap tank 12 containing the sodium hydroxide aqueous solution 11. The exhaust gas that is going to go out from the reaction vessel 3 through the gas discharge pipe 7 is once passed through the sodium hydroxide aqueous solution 11 in the trap tank 12 and then discharged to the outside. Therefore, even if hydrogen sulfide gas generated by the sulfurization reaction is contained in the exhaust gas, it is neutralized with the sodium hydroxide aqueous solution and removed from the exhaust gas.

(焼成工程)
焼成工程は、まず原料化合物2を反応容器3の底に収容した状態で、ガスの供給系から、80mL/分の流量でAr(アルゴン)ガスを継続的に供給しながら、供給開始30分後に、電気炉8による加熱を開始した。昇温速度は150℃/hで実施した。そして原料化合物の温度が450℃に達した時点で、450℃を維持しながら2時間焼成をした。次いでArガスの流量を調整しながら、Arガス雰囲気下、反応生成物の温度を25℃まで自然冷却させたのち、該反応生成物を反応容器3から取り出した。
(Baking process)
In the firing step, first, with the raw material compound 2 housed in the bottom of the reaction vessel 3, Ar (argon) gas is continuously supplied from the gas supply system at a flow rate of 80 mL / min, and 30 minutes after the start of supply. , The heating by the electric furnace 8 was started. The heating rate was 150 ° C./h. Then, when the temperature of the raw material compound reached 450 ° C., firing was performed for 2 hours while maintaining 450 ° C. Then, while adjusting the flow rate of Ar gas, the temperature of the reaction product was naturally cooled to 25 ° C. under an Ar gas atmosphere, and then the reaction product was taken out from the reaction vessel 3.

(未反応硫黄の除去)
焼成工程後の生成物に残存する未反応硫黄(遊離した状態の単体硫黄)を除去するために、以下の工程を行なった。すなわち、該生成物を乳鉢で粉砕し、粉砕物2gをガラスチューブオーブンに収容して、真空吸引しながら250℃で3時間加熱して、未反応硫黄が除去された(または、微量の未反応硫黄しか含まない)硫黄系活物質を得た。昇温速度は10℃/分とした。
(Removal of unreacted sulfur)
The following steps were carried out in order to remove unreacted sulfur (elemental sulfur in a free state) remaining in the product after the firing step. That is, the product was crushed in a mortar, 2 g of the crushed product was placed in a glass tube oven, and heated at 250 ° C. for 3 hours while sucking vacuum to remove unreacted sulfur (or a small amount of unreacted). A sulfur-based active material (containing only sulfur) was obtained. The heating rate was 10 ° C./min.

(ラマンスペクトル分析)
得られた硫黄系活物質について、ナノフォトン(株)製のレーザーラマン顕微鏡RAMAN−11を用いて励起波長λ=532nm、グレーチング:600gr/mm、分解能:2cm-1の条件でラマンスペクトル分析をした(図2)。なお、図2において縦軸は相対強度、横軸はラマンシフト(cm-1)を示す。得られた硫黄系活物質は、ラマンシフトの500cm-1付近、1250cm-1付近、1450cm-1付近、および1940cm-1付近にピークが存在しており、この結果は、先の多量の硫黄が取り込まれて水素が減少しているという元素分析結果ともよく一致していることが確認された。
(Raman spectrum analysis)
The obtained sulfur-based active material was subjected to Raman spectrum analysis using a laser Raman microscope RAMAN-11 manufactured by Nanophoton Co., Ltd. under the conditions of excitation wavelength λ = 532 nm, grazing: 600 gr / mm, and resolution: 2 cm -1 . (Fig. 2). In FIG. 2, the vertical axis represents the relative intensity and the horizontal axis represents the Raman shift (cm -1 ). The resulting sulfur-based active material, around 500 cm -1 Raman shift, 1250 cm around -1, 1450 cm around -1, and 1940Cm -1 and peak around exists, this result, a large amount of sulfur in the previous It was confirmed that it is in good agreement with the elemental analysis result that hydrogen is taken in and reduced.

また図2のスペクトルは、6員環であるグラファイト構造で見られる1350cm-1付近のDバンド、および1590cm-1付近のGバンドと呼ばれるスペクトルとは異なっており、文献〔Chem. Phys. Chem 2009, 10, 3069-3076〕に記載のチエノアセンのスペクトルと似ていることから、得られた硫黄系活物質は、前記の式(i)で表されるチエノアセン構造を有していると予想された。 The spectrum of Figure 2 is different from the spectrum, called D band, and 1590 cm -1 vicinity of G band near 1350 cm -1 observed in graphite structure is a 6-membered ring, the literature [Chem. Phys. Chem 2009 , 10, 3069-3076], the resulting sulfur-based active material was expected to have a thienoacen structure represented by the above formula (i), because it resembles the spectrum of thienoacen. ..

(FT−IRスペクトル分析)
得られた硫黄系活物質について、(株)島津製作所製のフーリエ変換赤外分光光度計IRAffinity−1を用いて、分解能:4cm-1、積算回数:100回、測定範囲400cm-1〜4000cm-1の条件で、拡散反射法によってFT−IRスペクトル分析をした(図3)。得られた硫黄系活物質は、FT−IRスペクトルにおいて、917cm-1付近、1042cm-1付近、1149cm-1付近、1214cm-1付近、1388cm-1付近、1415cm-1付近、および1439cm-1付近にピークが存在しており、この結果は、先の多量の硫黄が取り込まれて水素が減少しているという元素分析結果ともよく一致していることが確認された。
(FT-IR spectrum analysis)
The resulting sulfur-based active material, using a Fourier transform infrared spectrophotometer IRAffinity-1 manufactured by Shimadzu Corporation, resolution: 4 cm -1, the number of integrations: 100 times, measuring range 400cm -1 ~4000cm - Under the condition of 1 , FT-IR spectrum analysis was performed by the diffuse reflection method (Fig. 3). The resulting sulfur-based active material, the FT-IR spectrum, 917Cm around -1, 1042Cm around -1, 1149Cm around -1, 1214Cm around -1, 1388Cm around -1, 1415Cm around -1, and 1439cm around -1 There is a peak in, and it was confirmed that this result is in good agreement with the elemental analysis result that a large amount of sulfur was taken in and hydrogen was reduced.

(元素分析)
全自動元素分析装置(エレメンタール社製のvario MICRO cube)を用いて、得られた硫黄系活物質の総量中に占める硫黄含有量を算出したところ、55.5%であり、水素含有率を算出したところ、0.21%であった。
(Elemental analysis)
Using a fully automatic elemental analyzer (vario MICRO cube manufactured by Elemental), the sulfur content in the total amount of the obtained sulfur-based active material was calculated to be 55.5%, and the hydrogen content was determined. As a result of calculation, it was 0.21%.

<リチウムイオン二次電池の作製>
〔1〕正極
上記の硫黄系活物質、水性アクリル樹脂、導電助剤(アセチレンブラック(デンカ(株)製のデンカブラック)/VGCF=1:1の混合物)、および炭酸リチウムを91.8:3.48:3.97:0.76(質量比)の割合で秤量し、容器に入れ、溶媒に水を使用して粘度調整を行いながら自転公転ミキサー(シンキー(株)製のARE−310)を用いて攪拌、混合を行い、均一なスラリーを作製した。スラリーのpHは5.3であった。その後、アルミニウムの集電体(厚さ20μm、福田金属箔粉工業(株)製)に卓上塗工機(テスター産業(株)製のPI−1210)とアプリケーターを用いて上記スラリーを塗工し、ガラスチューブオーブン(BUCHI社製のB−555)で150℃、10時間乾燥し、リチウムイオン二次電池用の正極を作製した。これらを実施例1の正極スラリー及び正極とする。
<Manufacturing of lithium ion secondary battery>
[1] Positive electrode The above sulfur-based active material, aqueous acrylic resin, conductive auxiliary agent (acetylene black (Denka black manufactured by Denka Co., Ltd.) / VGCF = 1: 1 mixture), and lithium carbonate 91.8: 3 Weigh at a ratio of .48: 3.97: 0.76 (mass ratio), put it in a container, and adjust the viscosity using water as the solvent while rotating and revolving mixer (ARE-310 manufactured by Shinky Co., Ltd.). Was stirred and mixed using the above to prepare a uniform slurry. The pH of the slurry was 5.3. After that, the above slurry was applied to an aluminum current collector (thickness 20 μm, manufactured by Fukuda Metal Foil Powder Industry Co., Ltd.) using a desktop coating machine (PI-1210 manufactured by Tester Industry Co., Ltd.) and an applicator. , Dryed in a glass tube oven (B-555 manufactured by BUCHI) at 150 ° C. for 10 hours to prepare a positive electrode for a lithium ion secondary battery. These are the positive electrode slurry and the positive electrode of Example 1.

〔2〕負極
負極としては、金属リチウム箔(直径14mm、厚さ500μmの円盤状、本城金属(株)製)を用いた。
[2] Negative electrode As the negative electrode, a metallic lithium foil (a disk shape having a diameter of 14 mm and a thickness of 500 μm, manufactured by Honjo Metal Co., Ltd.) was used.

〔3〕電解液
電解液としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に、LiPF6を溶解した非水電解質を用いた。エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとは体積比1:1で混合した。電解液中のLiPF6の濃度は、1.0mol/Lであった。
[3] Electrolyte As the electrolyte, a non-aqueous electrolyte in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate was used. Ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1. The concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution was 1.0 mol / L.

〔4〕電池
〔1〕、〔2〕で得られた正極および負極を用いて、コイン電池を製作した。詳しくは、ドライルーム内で、ガラス不織布フィルタ(厚さ440μm、ADVANTEC社製のGA100)を正極と負極との間に挟装して、電極体電池とした。この電極体電池を、ステンレス容器からなる電池ケース(宝泉(株)製のCR2032型コイン電池用部材)に収容した。電池ケースには〔3〕で得られた電解液を注入した。電池ケースをカシメ機で密閉して、実施例1のコイン型リチウムイオン二次電池を作製した。
[4] Batteries Coin batteries were produced using the positive and negative electrodes obtained in [1] and [2]. Specifically, a glass non-woven fabric filter (thickness 440 μm, GA100 manufactured by ADVANTEC) was sandwiched between a positive electrode and a negative electrode in a dry room to form an electrode body battery. This electrode body battery was housed in a battery case (CR2032 type coin battery member manufactured by Hosen Co., Ltd.) made of a stainless steel container. The electrolytic solution obtained in [3] was injected into the battery case. The battery case was sealed with a caulking machine to produce the coin-type lithium ion secondary battery of Example 1.

[実施例2]
実施例1の正極作製工程において、硫黄系活物質、水性アクリル樹脂、導電助剤、炭酸リチウムを91.1:3.45:3.94:1.48(質量比)の割合で混合し、電極スラリーを作製したこと以外は実施例1と同様に電池作製を行った。スラリーのpHは7.5であった。
[Example 2]
In the positive electrode manufacturing step of Example 1, a sulfur-based active material, an aqueous acrylic resin, a conductive auxiliary agent, and lithium carbonate were mixed at a ratio of 91.1: 3.45: 3.94: 1.48 (mass ratio). A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode slurry was produced. The pH of the slurry was 7.5.

[実施例3]
実施例1の正極作製工程において、硫黄系活物質、水性アクリル樹脂、導電助剤、炭酸リチウムを90.4:3.43:3.91:2.25(質量比)の割合で混合し、電極スラリーを作製したこと以外は実施例1と同様に電池作製を行った。スラリーのpHは8.9であった。
[Example 3]
In the positive electrode manufacturing step of Example 1, a sulfur-based active material, an aqueous acrylic resin, a conductive auxiliary agent, and lithium carbonate were mixed at a ratio of 90.4: 3.43: 3.91: 2.25 (mass ratio). A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode slurry was produced. The pH of the slurry was 8.9.

[実施例4]
実施例3の硫黄系活物質の製造工程において、有機化合物1から有機化合物2に変更したこと以外は実施例1と同様に硫黄系活物質を作製し、実施例1と同様に電池作製を行った。全自動元素分析装置(エレメンタール社製のvario MICRO cube)を用いて、得られた硫黄系活物質の総量中に占める硫黄含有量を算出したところ、42.2%であった。また、得られた硫黄系活物質について、ナノフォトン(株)製のレーザーラマン顕微鏡RAMAN−11を用いて励起波長λ=532nm、グレーチング:600gr/mm、分解能:2cm-1の条件でラマンスペクトル分析をしたところ、ラマンシフトの500cm-1付近、1250cm-1付近、および1450cm-1付近にピークが存在していた(図4)。スラリーのpHは7.8であった。
[Example 4]
In the production process of the sulfur-based active material of Example 3, the sulfur-based active material was produced in the same manner as in Example 1 except that the organic compound 1 was changed to the organic compound 2, and the battery was produced in the same manner as in Example 1. It was. The sulfur content in the total amount of the obtained sulfur-based active material was calculated using a fully automatic elemental analyzer (vario MICRO cube manufactured by Elemental) and found to be 42.2%. Further, the obtained sulfur-based active material was analyzed by Raman spectrum using a laser Raman microscope RAMAN-11 manufactured by Nanophoton Co., Ltd. under the conditions of excitation wavelength λ = 532 nm, grazing: 600 gr / mm, and resolution: 2 cm -1. It was a near 500 cm -1 Raman shift, 1250 cm around -1 and 1450cm peak around -1 was present (Figure 4). The pH of the slurry was 7.8.

[比較例1]
実施例1の正極作製工程において、炭酸リチウムを用いず、硫黄系活物質、導電助剤、水性アクリル樹脂を92.5:4.00:3.50(質量比)の割合で混合し、電極スラリーを作製したこと以外は実施例1と同様に電池作製を行った。スラリーのpHは2.3であった。
[Comparative Example 1]
In the positive electrode manufacturing step of Example 1, a sulfur-based active material, a conductive auxiliary agent, and an aqueous acrylic resin were mixed at a ratio of 92.5: 4.00: 3.50 (mass ratio) without using lithium carbonate, and an electrode was used. A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the slurry was produced. The pH of the slurry was 2.3.

[試験方法]
<充放電容量測定試験>
各実施例および比較例で作製したコイン型リチウムイオン二次電池について、試験温度30℃の条件下で、硫黄系活物質1gあたり50mAに相当する電流値の充放電をさせた。放電終止電圧は1.0V、充電終止電圧は3.0Vとした。また充放電を繰り返し、各回の放電容量(mAh/g)を測定するとともに、2回目の放電容量(mAh/g)を初期容量とした。結果を表1に示す。なお、初期容量が大きいほど、リチウムイオン二次電池は充放電容量が大きく好ましいと評価できる。
[Test method]
<Charge / discharge capacity measurement test>
The coin-type lithium ion secondary batteries produced in each Example and Comparative Example were charged and discharged with a current value corresponding to 50 mA per 1 g of the sulfur-based active material under the condition of a test temperature of 30 ° C. The discharge end voltage was 1.0 V, and the charge end voltage was 3.0 V. Further, charging and discharging were repeated, the discharge capacity (mAh / g) of each time was measured, and the second discharge capacity (mAh / g) was set as the initial capacity. The results are shown in Table 1. It can be evaluated that the larger the initial capacity, the larger the charge / discharge capacity of the lithium ion secondary battery, which is preferable.

また、2回目の放電容量DC2(mAh/g)と10回目の放電容量DC10(mAh/g)から、下記式により容量維持率(%)を求めた。結果を表1に示す。なお、容量維持率が大きいほど、リチウムイオン二次電池はサイクル特性に優れているといえる。
(容量維持率(%))=(DC10(mAh/g))/(DC2(mAh/g))×100
Further, the capacity retention rate (%) was calculated from the second discharge capacity DC 2 (mAh / g) and the tenth discharge capacity DC 10 (mAh / g) by the following formula. The results are shown in Table 1. It can be said that the larger the capacity retention rate, the better the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery.
(Capacity retention rate (%)) = (DC 10 (mAh / g)) / (DC 2 (mAh / g)) × 100

表1の結果より、本発明の電極スラリーを電極材料として使用したリチウムイオン二次電池は、充放電容量およびサイクル特性が顕著に改善されることがわかる。 From the results in Table 1, it can be seen that the lithium ion secondary battery using the electrode slurry of the present invention as the electrode material has significantly improved charge / discharge capacity and cycle characteristics.

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。また、上記の実施形態ではリチウムイオン電池を例に説明したが、リチウムイオン電池に限らず、ナトリウムイオン電池やカリウムイオン電池など、その他の非水電解質二次電池にも本発明を適用できる。したがって、そのようなものも本発明内に含まれる。 As described above, the preferred embodiment of the present invention has been described with reference to the drawings, but various additions, changes or deletions can be made without departing from the spirit of the present invention. Further, although the lithium ion battery has been described as an example in the above embodiment, the present invention can be applied not only to the lithium ion battery but also to other non-aqueous electrolyte secondary batteries such as a sodium ion battery and a potassium ion battery. Therefore, such things are also included in the present invention.

本発明の電極スラリーを電極材料として使用することにより、集電体の種類によらず、充放電容量が大きくかつサイクル特性に優れた非水電解質二次電池を製造することができる。この電極を用いた非水電解質二次電池は、移動体通信機器、携帯用電子機器、電気自動車、電動自転車、電動二輪車、電力貯蔵装置などの電気機器の主電源や副電源に好適に利用されるものである。 By using the electrode slurry of the present invention as an electrode material, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a large charge / discharge capacity and excellent cycle characteristics can be manufactured regardless of the type of current collector. Non-aqueous electrolyte secondary batteries using this electrode are suitably used as a main power source or an auxiliary power source for electric devices such as mobile communication devices, portable electronic devices, electric vehicles, electric bicycles, electric motorcycles, and power storage devices. It is a thing.

1 反応装置
2 原料化合物
3 反応容器
4 シリコン製の蓋
5 アルミナ保護管
6 ガス導入管
7 ガス排出管
8 電気炉
9 熱電対
10 温度コントローラ
11 水酸化ナトリウム水溶液
12 トラップ槽
1 Reaction device 2 Raw material compound 3 Reaction vessel 4 Silicon lid 5 Alumina protection tube 6 Gas introduction tube 7 Gas discharge tube 8 Electric furnace 9 Thermocouple 10 Temperature controller 11 Sodium hydroxide aqueous solution 12 Trap tank

Claims (13)

硫黄系活物質、バインダ、および水系溶媒を含有する非水電解質二次電池用電極スラリーであって、pHが3以上9以下であることを特徴とする電極スラリー。 An electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a sulfur-based active material, a binder, and an aqueous solvent, the electrode slurry having a pH of 3 or more and 9 or less. 硫黄系活物質が、非水電解質二次電池用電極スラリーに含まれる固形分100質量%に対し85質量%以上含まれ、かつ、非水電解質二次電池用電極スラリー中の固形分濃度が10質量%以上である場合に、電極スラリーのpHが3以上9以下であることを特徴とする、請求項1記載の非水電解質二次電池用電極スラリー。 The sulfur-based active material is contained in an amount of 85% by mass or more with respect to 100% by mass of the solid content contained in the electrode slurry for the non-aqueous electrolyte secondary battery, and the solid content concentration in the electrode slurry for the non-aqueous electrolyte secondary battery is 10. The electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the pH of the electrode slurry is 3 or more and 9 or less when the amount is 3% by mass or more. 硫黄系活物質が、硫化可能な有機化合物または多孔性を有する炭素材料と硫黄とを混合した原料を焼成してなる硫黄系活物質である、請求項1または2記載の非水電解質二次電池用電極スラリー。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the sulfur-based active material is a sulfur-based active material obtained by firing a raw material obtained by firing a sulfur-based organic compound or a raw material obtained by mixing a porous carbon material with sulfur. Electrode slurry. さらにアルカリ性物質を含有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池用電極スラリー。 The electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, further containing an alkaline substance. アルカリ性物質が第1族または第2族に属する金属の水酸化物、有機酸塩、または無機酸塩である、請求項4記載の非水電解質二次電池用電極スラリー。 The electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the alkaline substance is a hydroxide, an organic acid salt, or an inorganic acid salt of a metal belonging to Group 1 or Group 2. さらに導電助剤を含有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池用電極スラリー。 The electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 5, further containing a conductive auxiliary agent. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池用電極スラリーを乾燥し固化させた活物質層と、集電体とを少なくとも含む非水電解質二次電池用電極。 The electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 6, which comprises at least an active material layer obtained by drying and solidifying the electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a current collector. 集電体がアルミニウム系集電体である、請求項7記載の非水電解質二次電池用電極。 The electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 7, wherein the current collector is an aluminum-based current collector. 請求項8記載の非水電解質二次電池用電極を具備した非水電解質二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the electrode for the non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 8. 非水電解質二次電池が、リチウムイオン二次電池である、請求項9記載の非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 9, wherein the non-aqueous electrolyte secondary battery is a lithium ion secondary battery. 請求項9または10記載の非水電解質二次電池を有する電気機器。 An electrical device having a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 9 or 10. 非水電解質二次電池用電極の製造方法であって、
前記製造方法は、非水電解質二次電池用電極スラリーを集電体に塗布する工程を含み、
前記非水電解質二次電池用電極スラリーは、硫黄系活物質、バインダ、および水系溶媒を含有し、かつpHが3以上9以下であることを特徴とする製造方法。
A method for manufacturing electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries.
The manufacturing method includes a step of applying an electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery to a current collector.
The production method, wherein the electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery contains a sulfur-based active material, a binder, and an aqueous solvent, and has a pH of 3 or more and 9 or less.
非水電解質二次電池用電極スラリーがさらにアルカリ性物質を含有する、請求項12記載の製造方法。 The production method according to claim 12, wherein the electrode slurry for a non-aqueous electrolyte secondary battery further contains an alkaline substance.
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