JP2021002518A - Manufacturing method of electrode paste for secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池用電極ペーストの製造方法およびそれを用いた二次電池用電極の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an electrode paste for a secondary battery and a method for producing an electrode for a secondary battery using the same.
二次電池の一種であるリチウムイオン電池は、スマートフォン、携帯電話機、ノートパソコンなどの携帯機器用途;ハイブリッド自動車、電気自動車などの自動車用途;太陽電池、風力などの再生エネルギーを貯蔵する蓄電用途など様々な用途に使用されている。これら用途に適用されるリチウムイオン電池には、体積当りのエネルギー密度の向上が強く求められている。例えば、携帯機器用途においては、コンパクトな形状を保ったまま長時間使用できることが求められ、自動車用途においても、限られた電池収納スペースの中で、数百キロメートルレベルの長い航続距離を実現することが求められている。 Lithium-ion batteries, which are a type of secondary battery, are used for portable devices such as smartphones, mobile phones, and laptop computers; for automobiles such as hybrid vehicles and electric vehicles; for storage of renewable energy such as solar batteries and wind power. It is used for various purposes. Lithium-ion batteries applied to these applications are strongly required to improve the energy density per volume. For example, in mobile device applications, it is required to be able to be used for a long time while maintaining a compact shape, and even in automobile applications, it is necessary to realize a long cruising range of several hundred kilometers in a limited battery storage space. Is required.
二次電池の大きな課題の一つとして、寿命の向上、すなわち充放電を繰り返した場合における電池容量の維持が挙げられる。繰り返し使用によって電池容量が低下する原因の一つは、電子伝導性の低下である。初期は、電極が密に詰まっているため高い電子伝導性を有するが、充放電を繰り返すことにより、活物質が膨張・収縮し、電極に空隙が生じること、電解液との分解生成物による絶縁体の被膜が形成されることなどにより、電子導電性が極端に低下し、その結果電池容量が低下する。このような電池容量の低下を防ぐためには、初期に活物質間を強固に繋ぐ導電ネットワークを形成し、活物質の膨張・収縮に抗してこのネットワークを維持することが重要であると考えられる。 One of the major issues of the secondary battery is to improve the life, that is, to maintain the battery capacity when charging and discharging are repeated. One of the causes of the decrease in battery capacity due to repeated use is the decrease in electron conductivity. Initially, the electrodes are densely clogged and therefore have high electron conductivity. However, repeated charging and discharging causes the active material to expand and contract, creating voids in the electrodes, and insulation by decomposition products with the electrolytic solution. Due to the formation of a film on the body, the electron conductivity is extremely reduced, and as a result, the battery capacity is reduced. In order to prevent such a decrease in battery capacity, it is considered important to initially form a conductive network that firmly connects the active materials and maintain this network against the expansion and contraction of the active materials. ..
正極内の導電ネットワーク形成には、ナノカーボンが有効であることが知られており、例えば、表面処理剤が付着してなるグラフェン粉末であって、金属リチウム基準で酸化電位が4.3V以上4.9V以下であるグラフェン粉末とカーボンナノチューブと、電極活物質粒子およびバインダーを含む電極(例えば、特許文献1参照)、カーボンブラックまたはグラフェンの少なくともいずれか一方とカーボンナノチューブとを複合化した複合化カーボンと、複合化カーボンを分散可能な第1のバインダと、溶剤とを含む導電組成物と、正極活物質と、第2のバインダとを含む正極(例えば、特許文献2参照)、リチウム含有複合酸化物の表面に、カーボンナノチューブ、グラフェン、および平均分散粒子径が0.2μm以下のカーボンブラックから選ばれる少なくとも一種の炭素材料が被覆している粒子からなるリチウムイオン二次電池用の正極活物質(例えば、特許文献3参照)などが提案されている。 It is known that nanocarbon is effective for forming a conductive network in a positive electrode. For example, it is a graphene powder to which a surface treatment agent is attached and has an oxidation potential of 4.3 V or more based on metallic lithium. Composite carbon obtained by combining graphene powder and carbon nanotubes having a voltage of .9 V or less, an electrode containing electrode active material particles and a binder (see, for example, Patent Document 1), carbon black, or at least one of graphene and carbon nanotubes. A positive electrode containing a first binder capable of dispersing composite carbon, a conductive composition containing a solvent, a positive electrode active material, and a second binder (see, for example, Patent Document 2), lithium-containing composite oxidation. A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery consisting of carbon nanotubes, graphene, and particles coated with at least one carbon material selected from carbon black having an average dispersed particle diameter of 0.2 μm or less on the surface of the object ( For example, Patent Document 3) and the like have been proposed.
しかしながら、特許文献1において具体的に開示された製造方法によれば、グラフェン、カーボンナノチューブ、活物質およびバインダーを同時に混合しているため、グラフェンやカーボンナノチューブとバインダーが凝集し、導電パスの形成が困難であるため、繰り返し使用することにより導電性が低下する課題があった。特許文献2に開示された技術もまた、グラフェンとカーボンナノチューブを複合化しているため、バインダーと凝集しやすく、導電パスの形成が困難であるため、繰り返し使用することにより導電性が低下する課題があった。特許文献3に開示された技術においては、被覆する炭素材料が正極活物質表面に偏って存在するため、繰り返し使用することにより導電性が低下する課題があった。 However, according to the production method specifically disclosed in Patent Document 1, since graphene, carbon nanotubes, active material and the binder are mixed at the same time, the graphene or carbon nanotubes and the binder aggregate to form a conductive path. Since it is difficult, there is a problem that the conductivity is lowered by repeated use. The technique disclosed in Patent Document 2 also has a problem that the conductivity is lowered by repeated use because graphene and carbon nanotubes are composited, so that they easily aggregate with the binder and it is difficult to form a conductive path. there were. In the technique disclosed in Patent Document 3, since the carbon material to be coated is unevenly present on the surface of the positive electrode active material, there is a problem that the conductivity is lowered by repeated use.
そこで、本発明は、繰り返し使用することによる導電性低下を抑制することができる二次電池用電極ペーストの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing an electrode paste for a secondary battery, which can suppress a decrease in conductivity due to repeated use.
上記課題を解決するため、本発明は、主として以下の構成を有する。
二次電池用活物質粒子、バインダー、グラフェンおよびカーボンナノチューブを含む二次電池用電極ペーストの製造方法であって、少なくとも
工程A:二次電池用活物質粒子およびバインダーを溶剤中で混合して分散液を調製する工程および
工程B:工程Aにより得られた分散液に、グラフェンおよびカーボンナノチューブを混合する工程
をこの順に有する、二次電池用電極ペーストの製造方法。
In order to solve the above problems, the present invention mainly has the following configurations.
A method for producing an electrode paste for a secondary battery containing active material particles for a secondary battery, a binder, graphene and carbon nanotubes. At least Step A: Active material particles for a secondary battery and a binder are mixed and dispersed in a solvent. Step of preparing the liquid and step B: A method for producing an electrode paste for a secondary battery, which comprises a step of mixing graphene and carbon nanotubes in the dispersion liquid obtained in the step A in this order.
本発明によれば、繰り返し使用による導電性低下を抑制した二次電池用電極を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an electrode for a secondary battery in which a decrease in conductivity due to repeated use is suppressed.
<二次電池用活物質粒子>
本発明に用いる二次電池用活物質粒子(以下、単に「活物質粒子」ということがある。)としては、例えば、スピネル型構造のマンガン酸リチウム(LiMn2O4)、岩塩型構造のマンガン酸リチウム(LiMnO2)、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、ニッケルをマンガン・コバルトで一部置換した三元系(LiNixMnyCo1−x−yO2)、ニッケルをコバルト・アルミニウムで一部置換した三元系(LiNixCoyAl1−x−yO2)、V2O5等の金属酸化物活物質や、TiS2、MoS2、NbSe2などの金属化合物系活物質、オリビン型構造のリン酸鉄リチウム(LiFePO4)、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO4)、固溶体系活物質であるLi2MnO3−LiMO2(MはNi、Co、Mnなどの金属)などの粒子を用いることができる。これらを2種以上用いてもよい。
<Active material particles for secondary batteries>
Examples of the active material particles for a secondary battery used in the present invention (hereinafter, may be simply referred to as “active material particles”) include lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) having a spinel type structure and manganese having a rock salt type structure. Lithium oxide (LiMnO 2 ), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), ternary system in which nickel is partially replaced with manganese / cobalt (LiNi x Mn y Co 1-x-y O 2 ) some nickel with cobalt-aluminum-substituted ternary (LiNi x Co y Al 1- x-y O 2), or a metal oxide active material such as V 2 O 5, TiS 2, MoS 2, NbSe 2 Metal compound active materials such as Lithium iron oxide (LiFePO 4 ) with olivine structure, lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), and Li 2 MnO 3- LiMO 2 (M is Ni, Co, Particles such as Mn) can be used. Two or more of these may be used.
これらの中でも、表面官能基の多いものが好ましい。表面官能基の多い活物質粒子としては、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、ニッケルをマンガン・コバルトで一部置換した三元系(LiNixMnyCo1−x−yO2)、ニッケルをコバルト・アルミニウムで一部置換した三元系(LiNixCoyAl1−x−yO2)などのニッケルを含む層状酸化物などが挙げられる。このような表面官能基の多い活物質粒子は、後述する工程Aにおいて、バインダーが活物質粒子により付着しやすいため、電極構造を維持しやすく、繰り返し使用による導電性低下をより抑制することができる。かかる活物質粒子は、後述する酸素原子比率が0.2原子%以上8.0原子%以下であるバインダーとの組み合わせにおいて、より強固に相互作用するため、繰り返し使用による導電性低下をより抑制することができる。 Among these, those having many surface functional groups are preferable. Active material particles with many surface functional groups include lithium nickelate (LiNiO 2 ), a ternary system in which nickel is partially replaced with manganese and cobalt (LiNi x Mn y Co 1-x-y O 2 ), and nickel is cobalt. such as aluminum part substituted ternary (LiNi x Co y Al 1- x-y O 2) layered oxide containing nickel and the like. In such an active material particle having many surface functional groups, since the binder is easily attached to the active material particle in the step A described later, it is easy to maintain the electrode structure, and the decrease in conductivity due to repeated use can be further suppressed. .. Since such active material particles interact more strongly in combination with a binder having an oxygen atom ratio of 0.2 atom% or more and 8.0 atom% or less, which will be described later, the decrease in conductivity due to repeated use is further suppressed. be able to.
本発明に用いられる活物質粒子のメジアン径は、5μm以上20μm以下であることが好ましい。本明細書において、活物質粒子のメジアン径は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて活物質粒子を拡大観察し、無作為に選択した活物質粒子100個の直径を測定し、その中央値を算出することにより求めることができる。ここで、活物質粒子の直径とは、観察された個々の活物質粒子の最長径と最短径の相加平均値である。 The median diameter of the active material particles used in the present invention is preferably 5 μm or more and 20 μm or less. In the present specification, the median diameter of the active material particles is the median value obtained by magnifying and observing the active material particles using a scanning electron microscope (SEM) and measuring the diameters of 100 randomly selected active material particles. Can be obtained by calculating. Here, the diameter of the active material particle is an arithmetic mean value of the longest diameter and the shortest diameter of the observed individual active material particles.
なお、活物質粒子のメジアン径は、一般的な製造方法において、二次電池用電極ペースト中および電極中においても変化しない。電極に含まれる活物質粒子のメジアン径を直接測定する場合は、電極の表面をSEM観察し、表面に現れている活物質粒子から無作為に選択した100個の活物質粒子の直径を測定し、その中央値を算出することによりメジアン径を求めることができる。 The median diameter of the active material particles does not change in the electrode paste for the secondary battery and in the electrode in the general manufacturing method. When directly measuring the median diameter of the active material particles contained in the electrode, the surface of the electrode is observed by SEM, and the diameters of 100 active material particles randomly selected from the active material particles appearing on the surface are measured. , The median diameter can be obtained by calculating the median value.
活物質粒子は、造粒体であることが好ましい。造粒体は、例えば、粉体を分散させたスラリーを噴霧乾燥などで球状に造粒することにより得ることができる。造粒体である活物質粒子は、一次粒子が集合して二次粒子を形成しているため、表面が凹凸形状となる傾向がある。本発明の製造方法においては、後述する工程Aにおいて活物質粒子表面にバインダーが付着し、工程Bにおいて活物質粒子表面やバインダーにグラフェンが付着する。特にグラフェンは、シート状の二次元形状を有することから、活物質粒子とグラフェンとが面で接触することが可能となり、表面の凹凸形状に追従しやすい傾向にあることから、造粒体の活物質粒子を用いる場合に、本発明の効果がより顕著に奏される。造粒体として好適に用いられる正極活物質としては、三元系(LiNixMnyCo1−x−yO2)やLiNixCoyAl1−x−yO2などが挙げられる。 The active material particles are preferably granules. The granulated material can be obtained, for example, by granulating a slurry in which powder is dispersed into a spherical shape by spray drying or the like. Since the primary particles of the active material particles, which are granules, are aggregated to form secondary particles, the surface tends to have an uneven shape. In the production method of the present invention, the binder adheres to the surface of the active material particles in step A described later, and graphene adheres to the surface of the active material particles and the binder in step B. In particular, since graphene has a sheet-like two-dimensional shape, the active material particles and graphene can come into contact with each other on the surface, and tend to easily follow the uneven shape of the surface. When the substance particles are used, the effect of the present invention is more remarkable. As the positive electrode active material preferably used as the granule, such as ternary (LiNi x Mn y Co 1- x-y O 2) and LiNi x Co y Al 1-x -y O 2 and the like.
<バインダー>
バインダーとしては、例えば、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロースなどの多糖類、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのフッ素系重合体、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴムなどのゴム弾性を有するポリマー、ポリイミド前駆体および/またはポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシドなどのポリエーテルなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。これらの中でも、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)が好ましい。
<Binder>
Examples of the binder include polysaccharides such as carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose and diacetyl cellulose, thermoplastic resins such as polyvinyl chloride, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyethylene and polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyphenyl. Fluorine-based polymers such as vinylidene (PVDF), ethylene propylene diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, butadiene rubber, polymers with rubber elasticity such as fluororubber, polyimide precursors and / or polyimide resins, Examples thereof include polyamideimide resin, polyamide resin, polyacrylic acid, sodium polyacrylate, acrylic resin, polyacrylonitrile, and polyether such as polyethylene oxide. Two or more of these may be used. Among these, polyvinylidene fluoride (PVDF) is preferable.
バインダーの数平均分子量は、適度な粘性により活物質表面に付着しやすく、繰り返し使用することによる導電性低下をより抑制する観点から、2.0×105以上が好ましく、3.0×105以上がより好ましい。一方、バインダーの数平均分子量は、凝集を抑制し、繰り返し使用することによる導電性低下をより抑制する観点から、2.0×106以下が好ましく、1.0×106以下がより好ましい。バインダーの数平均分子量は、ポリスチレン換算値を指し、ゲル浸透クロマトグラフィーにより分析することができる。 The number average molecular weight of the binder is likely to adhere to the active material surface by appropriate viscosity, from a more suppressing the conductivity decreases due to repeated use, 2.0 × 10 5 or more preferably, 3.0 × 10 5 The above is more preferable. On the other hand, the number average molecular weight of the binder is to suppress aggregation, the more suppressing the conductivity decreases due to repeated use, preferably 2.0 × 10 6 or less, more preferably 1.0 × 10 6 or less. The number average molecular weight of the binder refers to a polystyrene-equivalent value and can be analyzed by gel permeation chromatography.
バインダーは、酸素原子を含有することが好ましく、グラフェンと相互作用しやすく電極構造を維持しやすい。バインダーの酸素原子比率は、グラフェンとの相互作用の観点から、0.2原子%以上が好ましく、0.5原子%以上がより好ましく、1.0原子%以上がさらに好ましい。一方、バインダーの酸素原子比率は、電気化学的な分解を抑制する観点から、8.0原子%以下が好ましく、6.0原子%以下がより好ましく、4.0原子%以下がさらに好ましい。バインダーの酸素原子比率は、X線光電子分光法により測定することができる。X線光電子分光測定における励起X線は、monochromatic Al Kα1,2 線(1486.6eV)を用い、X線径200μm、光電子脱出角度45°の条件で測定した値を酸素原子比率とする。 The binder preferably contains an oxygen atom, and easily interacts with graphene to maintain the electrode structure. The oxygen atom ratio of the binder is preferably 0.2 atom% or more, more preferably 0.5 atom% or more, still more preferably 1.0 atom% or more, from the viewpoint of interaction with graphene. On the other hand, the oxygen atom ratio of the binder is preferably 8.0 atomic% or less, more preferably 6.0 atomic% or less, still more preferably 4.0 atomic% or less, from the viewpoint of suppressing electrochemical decomposition. The oxygen atom ratio of the binder can be measured by X-ray photoelectron spectroscopy. As the excitation X-ray in the X-ray photoelectron spectroscopy measurement, the oxygen atom ratio is a value measured using monochromatic Al Kα1 and 2 rays (1486.6 eV) under the conditions of an X-ray diameter of 200 μm and a photoelectron escape angle of 45 °.
<グラフェン>
グラフェンとは、狭義には1原子の厚さのsp2結合炭素原子のシート(単層グラフェン)を指すが、本明細書においては、単層グラフェンが積層した薄片状の形態を持つものも含めて「グラフェン」と呼ぶ。また、「酸化グラフェン」も同様に、積層した薄片状の形態を持つものも含めた呼称とする。本発明の製造方法においては、後述する工程Bにおいて活物質粒子表面の一部やバインダーにグラフェンが付着することにより、活物質粒子表面の導電性を向上させ、繰り返し使用することによる導電性低下を抑制することができる。
<Graphene>
Graphene, in a narrow sense, refers to a sheet of sp 2- bonded carbon atoms having a thickness of one atom (single-layer graphene), but in the present specification, it also includes those having a flaky form in which single-layer graphene is laminated. It is called "graphene". Similarly, "graphene oxide" is also referred to as a name including those having a laminated flaky form. In the production method of the present invention, graphene adheres to a part of the surface of the active material particles or the binder in the step B described later, thereby improving the conductivity of the surface of the active material particles and reducing the conductivity due to repeated use. It can be suppressed.
本発明に用いるグラフェンの厚みには特に制限はないが、柔軟性を向上させ、活物質粒子表面の凹凸形状により追従しやすくする観点から、好ましくは100nm以下、より好ましくは50nm以下、さらに好ましくは20nm以下である。グラフェンの厚みは、以下のようにして求めることができる。まず、グラフェンを、N−メチルピロリドン(NMP)を用いて0.002重量%に希釈し、ガラス基板上に滴下、乾燥する。そして、基板上のグラフェンを、立体形状の測定が可能であるレーザー顕微鏡を用いて観察し、個々のグラフェンについて、厚みを測定する。個々のグラフェンの厚みにバラつきがある場合には、面積平均を求める。無作為に選択した50個のグラフェンについてこのように厚みを算出し、その算術平均値をグラフェンの厚みとする。 The thickness of graphene used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, still more preferably, from the viewpoint of improving flexibility and making it easier to follow the uneven shape of the surface of the active material particles. It is 20 nm or less. The thickness of graphene can be determined as follows. First, graphene is diluted to 0.002% by weight with N-methylpyrrolidone (NMP), dropped onto a glass substrate, and dried. Then, the graphene on the substrate is observed using a laser microscope capable of measuring the three-dimensional shape, and the thickness of each graphene is measured. If there are variations in the thickness of individual graphene, calculate the area average. The thickness of 50 randomly selected graphenes is calculated in this way, and the arithmetic mean value is used as the graphene thickness.
本発明において、グラフェンの面方向の大きさは、導電パス形成により導電性を向上させる観点から、0.5μm以上が好ましく、1μm以上がより好ましい。一方、グラフェンの面方向の大きさは、活物質粒子表面に付着しやすく、繰り返し使用することによる導電性低下をより抑制する観点から、10μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましい。ここでいうグラフェンの面方向の大きさとは、グラフェン面の最長径と最短径の平均を指し、具体的には後述する測定例1に従って測定した平均値を意味するものとする。 In the present invention, the size of graphene in the plane direction is preferably 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more, from the viewpoint of improving conductivity by forming a conductive path. On the other hand, the size of graphene in the plane direction is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, from the viewpoint of easily adhering to the surface of the active material particles and further suppressing a decrease in conductivity due to repeated use. The magnitude of graphene in the surface direction here refers to the average of the longest diameter and the shortest diameter of the graphene surface, and specifically means the average value measured according to Measurement Example 1 described later.
グラフェンには表面処理が施されていてもよく、表面処理剤としては、窒素原子を含有する分子が好ましい。窒素原子を含有する分子は、電池作製時に広く用いられるNMPとの親和性が高いため、グラフェンの分散にとって好ましく用いられる。窒素原子を含有する分子は、グラフェン表面への吸着性を向上させる観点から、芳香環を有することが好ましい。窒素原子を含有する化合物としては、例えば、ピラゾロン系化合物、3級アミン、2級アミン、1級アミンなどが挙げられる。より具体的には、アンチピリン、アミノピリン、4−アミノアンチピリン、1−フェニル−3−メチル−5−ピラゾロン、4−ベンゾイル−3−メチル−1−フェニル−2−ピラゾリン−5−オン、1−(2−クロロフェニル)−3−メチル−2−ピラゾリン−5−オン、5−オキソ−1−フェニル−2−ピラゾリン−3−カルボン酸、1−(2−クロロ−5−スルホフェニル)−3−メチル−5−ピラゾロン、1−(4−クロロフェニル)−3−メチル−2−ピラゾリン−5−オン、1−(4−スルホフェニル)−3−メチル−5−ピラゾロン、3−クロロアニリン、ベンジルアミン、2−フェニルエチルアミン、1−ナフチルアミン、ドーパミン塩酸塩、ドーパミン、ドーパなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。 Graphene may be surface-treated, and as the surface-treating agent, a molecule containing a nitrogen atom is preferable. Molecules containing a nitrogen atom have a high affinity for NMP, which is widely used in battery fabrication, and are therefore preferably used for the dispersion of graphene. The molecule containing a nitrogen atom preferably has an aromatic ring from the viewpoint of improving the adsorptivity to the graphene surface. Examples of the compound containing a nitrogen atom include pyrazolone compounds, tertiary amines, secondary amines, and primary amines. More specifically, antipyrine, aminopyrine, 4-aminoantipyrine, 1-phenyl-3-methyl-5-pyrazolone, 4-benzoyl-3-methyl-1-phenyl-2-pyrazolin-5-one, 1-( 2-Chlorophenyl) -3-methyl-2-pyrazolin-5-one, 5-oxo-1-phenyl-2-pyrazolin-3-carboxylic acid, 1- (2-chloro-5-sulfophenyl) -3-methyl -5-Pyrazolone, 1- (4-chlorophenyl) -3-methyl-2-pyrazolin-5-one, 1- (4-sulfophenyl) -3-methyl-5-pyrazolone, 3-chloroaniline, benzylamine, Examples thereof include 2-phenylethylamine, 1-naphthylamine, dopamine hydrochloride, dopamine and dopa. Two or more of these may be used.
グラフェンのBET測定法により測定される比表面積は、80m2/g以上400m2/g以下が好ましく、100m2/g以上300m2/g以下がより好ましく、130m2/g以上200m2/g以下がさらに好ましい。グラフェンの比表面積はグラフェンの厚さとグラフェンの剥離度を反映している。グラフェンの比表面積が大きいほどグラフェンが薄く、剥離度が高いことを示している。グラフェンの比表面積が80m2/g以上であると、電極の導電性ネットワークをより容易に形成することできる。一方、グラフェンの比表面積が400m2/g以下であると、取扱い性を向上させることができる。なお、BET測定法はJIS Z8830:2013に記載の方法で行い、吸着ガス量の測定方法はキャリアガス法で、吸着データの解析は一点法で行うものとし、具体的には後述する測定例3に従って測定することができる。 The specific surface area measured by the BET measurement method of graphene is preferably 80 m 2 / g or more and 400 m 2 / g or less, more preferably 100 m 2 / g or more and 300 m 2 / g or less, and 130 m 2 / g or more and 200 m 2 / g or less. Is even more preferable. The specific surface area of graphene reflects the thickness of graphene and the degree of exfoliation of graphene. The larger the specific surface area of graphene, the thinner the graphene and the higher the degree of exfoliation. When the specific surface area of graphene is 80 m 2 / g or more, a conductive network of electrodes can be formed more easily. On the other hand, when the specific surface area of graphene is 400 m 2 / g or less, the handleability can be improved. The BET measurement method is the method described in JIS Z8830: 2013, the adsorption gas amount is measured by the carrier gas method, and the adsorption data is analyzed by the one-point method. Specifically, measurement example 3 described later. Can be measured according to.
グラフェン表面には、ヒドロキシ基(−OH)、カルボキシル基(−COOH)、エステル結合(−C(=O)−O−)、エーテル結合(−C−O−C−)、カルボニル基(−C(=O)−)、エポキシ基などの極性の高い官能基に由来する酸素原子を有することが好ましい。グラフェン表面にこれら官能基を有することにより、バインダーに含まれる官能基や活物質表面に存在するヒドロキシル基と相互作用し、活物質表面およびバインダーとグラフェンとの結着性を向上させることができる。グラフェンのX線光電子分光分析により測定される炭素に対する酸素の元素比(O/C比)は、0.06以上が好ましく、0.07以上がより好ましく、0.10以上がさらに好ましい。一方、グラフェンのO/C比は、グラフェン自体の導電性を向上させる観点から、0.30以下が好ましく、0.20以下がより好ましく、0.15以下がさらに好ましい。なお、グラフェンに表面処理剤を付与する場合があるが、グラフェン自体の官能基だけでなく、このような表面処理剤が有する官能基に由来する酸素原子も、「グラフェン表面の酸素原子」に含めるものとする。すなわち、表面処理剤が付与されたグラフェンにおいては、表面処理剤処理後の表面のO/C比が上記範囲であることが好ましい。 On the surface of graphene, hydroxy group (-OH), carboxyl group (-COOH), ester bond (-C (= O) -O-), ether bond (-C-O-C-), carbonyl group (-C) (= O)-), It is preferable to have an oxygen atom derived from a highly polar functional group such as an epoxy group. By having these functional groups on the graphene surface, it is possible to interact with the functional groups contained in the binder and the hydroxyl groups existing on the surface of the active material, and improve the binding property between the active material surface and the binder and graphene. The element ratio (O / C ratio) of oxygen to carbon measured by X-ray photoelectron spectroscopy of graphene is preferably 0.06 or more, more preferably 0.07 or more, and even more preferably 0.10 or more. On the other hand, the O / C ratio of graphene is preferably 0.30 or less, more preferably 0.20 or less, still more preferably 0.15 or less, from the viewpoint of improving the conductivity of graphene itself. Although a surface treatment agent may be added to graphene, not only the functional group of graphene itself but also the oxygen atom derived from the functional group of such a surface treatment agent is included in the "oxygen atom on the surface of graphene". It shall be. That is, in graphene to which the surface treatment agent is applied, the O / C ratio of the surface after the surface treatment agent treatment is preferably in the above range.
X線光電子分光分析では、超高真空中に置いた試料表面に軟X線を照射し、表面から放出される光電子をアナライザーで検出する。この光電子をワイドスキャンで測定し、物質中の束縛電子の結合エネルギー値を求めることにより、物質表面の元素情報が得られる。さらに、ピーク面積比を用いて元素比を定量することができる。O/C比は、具体的には後述する測定例2に従って測定するものとする。 In X-ray photoelectron spectroscopy, the surface of a sample placed in an ultra-high vacuum is irradiated with soft X-rays, and the photoelectrons emitted from the surface are detected by an analyzer. Elemental information on the surface of a substance can be obtained by measuring the photoelectrons with a wide scan and obtaining the binding energy value of the bound electrons in the substance. Furthermore, the element ratio can be quantified using the peak area ratio. Specifically, the O / C ratio shall be measured according to Measurement Example 2 described later.
O/C比は、例えば、化学剥離法を用いた場合は、原料となる酸化グラフェンの酸化度を変えたり表面処理剤の量を変えたりすることにより調整することができる。酸化グラフェンの酸化度が高いほど還元後に残る酸素の量も多くなり、酸化度が低いと還元後の酸素量が低くなる。また、酸性基のある表面処理剤の付着量が多くなるほど酸素量を多くすることができる。 The O / C ratio can be adjusted, for example, when the chemical stripping method is used, by changing the degree of oxidation of graphene oxide as a raw material or changing the amount of the surface treatment agent. The higher the degree of oxidation of graphene oxide, the larger the amount of oxygen remaining after reduction, and the lower the degree of oxidation, the lower the amount of oxygen after reduction. Further, the larger the amount of the surface treatment agent having an acidic group attached, the larger the amount of oxygen can be.
本発明に用いるグラフェンの製造方法としては、例えば、黒鉛から直接剥離する方法や、黒鉛を酸化し酸化グラファイトとしたものを剥離して酸化グラフェンとし、さらに還元する方法などが挙げられる。グラフェンの大きさを調整しやすく、比表面積が高いグラフェンを作製しやすいという点で後者の方法が好ましい。酸化グラフェンの製造方法としては、例えば、ハマーズ法等の任意の方法を使用できる。また、市販の酸化グラフェンを用いてもよい。 Examples of the method for producing graphene used in the present invention include a method of directly peeling from graphite and a method of peeling graphite to be oxidized graphite to obtain graphene oxide and further reducing it. The latter method is preferable in that the size of graphene can be easily adjusted and graphene having a high specific surface area can be easily produced. As a method for producing graphene oxide, for example, any method such as the Hammers method can be used. Moreover, you may use commercially available graphene oxide.
<カーボンナノチューブ>
本発明における二次電池用電極ペーストは、導電助剤として、カーボンナノチューブを含む。カーボンナノチューブを含有することにより、活物質粒子間の導電パスを形成し、電極全体の導電性を向上させることができる。また、グラフェンと共存することにより、カーボンナノチューブをグラフェンが被覆し、活物質粒子間の導電性をさらに向上させることができ、電極全体に渡って強固な3次元的な導電ネットワークの形成が可能となる。
<Carbon nanotube>
The electrode paste for a secondary battery in the present invention contains carbon nanotubes as a conductive auxiliary agent. By containing the carbon nanotubes, it is possible to form a conductive path between the active material particles and improve the conductivity of the entire electrode. In addition, by coexisting with graphene, the carbon nanotubes can be coated with graphene to further improve the conductivity between the active material particles, and a strong three-dimensional conductive network can be formed over the entire electrode. Become.
カーボンナノチューブとしては、例えば、単層カーボンナノチューブ、2層カーボンナノチューブ、3層以上の多層カーボンナノチューブや、気相法炭素繊維とも称される、CVD法により合成されるカーボンナノチューブ(例えば、“VGCF”(登録商標)(昭和電工(株)製)などが挙げられる。これらを2種以上含んでもよい。 Examples of carbon nanotubes include single-walled carbon nanotubes, two-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes having three or more layers, and carbon nanotubes synthesized by the CVD method, which are also called vapor phase carbon fibers (for example, "VGCF"). (Registered trademark) (manufactured by Showa Denko Co., Ltd.) and the like. Two or more of these may be included.
カーボンナノチューブは、柔軟で分散しやすい形状であることが好ましい。その観点から、カーボンナノチューブの外径は、3.0nm以上50nm以下であることが好ましく、5.0nm以上20nm以下であることがさらに好ましい。カーボンナノチューブの外径が3.0nm以上であると、ファンデルワールス力による凝集で生じたバンドルをほどきやすく、分散性を向上させることができ、繰り返し使用による導電性低下をより抑制することができる。一方、カーボンナノチューブの直径が50nm以下であると、柔軟性が高く、活物質粒子間や導電助剤間の導電ネットワークをより容易に形成することができる。また、電極作製の際に生じる応力を低減することができ、繰り返し使用による導電性低下をより抑制することができる。なお、カーボンナノチューブの直径とは、カーボンナノチューブの繊維径(外径)であり、カーボンナノチューブを、電界放出型走査顕微鏡(FE−SEM)を用いて倍率100,000倍で拡大観察し、無作為に選択したカーボンナノチューブ50個の外径を測定し、その算術平均値を算出することにより求めることができる。 The carbon nanotubes preferably have a shape that is flexible and easy to disperse. From this point of view, the outer diameter of the carbon nanotubes is preferably 3.0 nm or more and 50 nm or less, and more preferably 5.0 nm or more and 20 nm or less. When the outer diameter of the carbon nanotube is 3.0 nm or more, the bundle generated by the agglutination due to the van der Waals force can be easily unwound, the dispersibility can be improved, and the decrease in conductivity due to repeated use can be further suppressed. .. On the other hand, when the diameter of the carbon nanotube is 50 nm or less, the flexibility is high, and a conductive network between the active material particles and the conductive auxiliary agent can be more easily formed. In addition, the stress generated during electrode production can be reduced, and the decrease in conductivity due to repeated use can be further suppressed. The diameter of the carbon nanotube is the fiber diameter (outer diameter) of the carbon nanotube, and the carbon nanotube is magnified and observed at a magnification of 100,000 times using a field emission scanning microscope (FE-SEM), and is randomly selected. It can be obtained by measuring the outer diameter of 50 carbon nanotubes selected in 1 and calculating the arithmetic average value thereof.
カーボンナノチューブの繊維長は、5.0μm以上50μm以下であることが好ましく、10μm以上30μm以下であることがさらに好ましい。繊維長が5.0μm以上であると、接触抵抗の影響を受けにくく、導電ネットワークをより容易に形成することができることから、繰り返し使用による導電性低下をより抑制することができる。一方、繊維長が50μm以下であると、分散性を向上させ、導電ネットワークをより容易に形成することができることから、繰り返し使用による導電性低下をより抑制することができる。なお、カーボンナノチューブの繊維長は、カーボンナノチューブを、電界放出型走査顕微鏡(FE−SEM)を用いて倍率50,000倍で拡大観察し、無作為に選択したカーボンナノチューブ50個の長さを測定し、その算術平均値を算出することにより求めることができる。 The fiber length of the carbon nanotubes is preferably 5.0 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 10 μm or more and 30 μm or less. When the fiber length is 5.0 μm or more, it is less affected by the contact resistance and the conductive network can be formed more easily, so that the decrease in conductivity due to repeated use can be further suppressed. On the other hand, when the fiber length is 50 μm or less, the dispersibility can be improved and the conductive network can be formed more easily, so that the decrease in conductivity due to repeated use can be further suppressed. The fiber length of the carbon nanotubes was measured by observing the carbon nanotubes at a magnification of 50,000 times using a field emission scanning microscope (FE-SEM) and measuring the lengths of 50 randomly selected carbon nanotubes. Then, it can be obtained by calculating the arithmetic average value.
カーボンナノチューブの比表面積は、90m2/g以上350m2/g以下であることが好ましい。比表面積が90m2/g以上であると、導電性ネットワークをより容易に形成することができることから、繰り返し使用による導電性低下をより抑制することができる。一方、比表面積が350m2/g以下であると、溶剤に分散させてカーボンナノチューブ分散液を作製する際の溶剤量を低減することができ、電極形成時の密着性が向上し、繰り返し使用による導電性低下をより抑制することができる。なお、BET測定法は、カーボンナノチューブに対してJIS Z8830:2013内に記載の方法で行い、吸着ガス量の測定方法はキャリアガス法により、吸着データの解析は一点法により行うものとする。 The specific surface area of the carbon nanotubes is preferably 90 m 2 / g or more and 350 m 2 / g or less. When the specific surface area is 90 m 2 / g or more, the conductive network can be formed more easily, so that the decrease in conductivity due to repeated use can be further suppressed. On the other hand, when the specific surface area is 350 m 2 / g or less, the amount of the solvent when the carbon nanotube dispersion liquid is prepared by dispersing in a solvent can be reduced, the adhesion at the time of electrode formation is improved, and repeated use is used. The decrease in conductivity can be further suppressed. The BET measurement method shall be performed on carbon nanotubes by the method described in JIS Z8830: 2013, the adsorbed gas amount shall be measured by the carrier gas method, and the adsorption data shall be analyzed by the one-point method.
<二次電池用電極ペースト>
本発明における二次電池用電極ペースト(以下、単に「ペースト」ということがある。)において、導電助剤であるグラフェンとカーボンナノチューブの合計含有量は、活物質粒子含有量100質量部に対して、0.3質量部以上2質量部以下が好ましい。グラフェンとカーボンナノチューブの合計含有量が0.3質量部以上であると、導電パスを形成しやすく、導電性をより向上させることができる。グラフェンとカーボンナノチューブの合計含有量は、0.5質量部以上がより好ましく、0.7質量部以上がさらに好ましい。一方、グラフェンとカーボンナノチューブの合計含有量が2質量部以下であると、電極密度を向上させ、体積あたりのエネルギーを向上させることができる。グラフェンとカーボンナノチューブの合計含有量は、1.5質量部以下がより好ましく、1.3質量部以下がさらに好ましい。
<Electrode paste for secondary batteries>
In the electrode paste for a secondary battery (hereinafter, may be simply referred to as "paste") in the present invention, the total content of graphene and carbon nanotubes as conductive aids is based on 100 parts by mass of active material particle content. , 0.3 parts by mass or more and 2 parts by mass or less is preferable. When the total content of graphene and carbon nanotubes is 0.3 parts by mass or more, it is easy to form a conductive path, and the conductivity can be further improved. The total content of graphene and carbon nanotubes is more preferably 0.5 parts by mass or more, and further preferably 0.7 parts by mass or more. On the other hand, when the total content of graphene and carbon nanotubes is 2 parts by mass or less, the electrode density can be improved and the energy per volume can be improved. The total content of graphene and carbon nanotubes is more preferably 1.5 parts by mass or less, and even more preferably 1.3 parts by mass or less.
本発明における二次電池用電極ペーストにおいて、グラフェンとカーボンナノチューブの含有量は、前述のそれぞれの効果をより向上させる観点から、同程度であることが好ましい。具体的には、グラフェンとカーボンナノチューブの合計含有量に対する、グラフェンの含有量は、10重量%以上90重量%以下が好ましく、20重量%以上80重量%以下がより好ましく、30重量%以上70重量%以下がさらに好ましい。 In the electrode paste for a secondary battery in the present invention, the contents of graphene and carbon nanotubes are preferably about the same from the viewpoint of further improving the respective effects described above. Specifically, the content of graphene is preferably 10% by weight or more and 90% by weight or less, more preferably 20% by weight or more and 80% by weight or less, and 30% by weight or more and 70% by weight with respect to the total content of graphene and carbon nanotubes. % Or less is more preferable.
<二次電池用電極ペーストの製造方法>
本発明の二次電池用電極ペーストの製造方法は、少なくとも、
工程A:二次電池用活物質粒子およびバインダーを溶剤中で混合して分散液を調製する工程および
工程B:工程Aにより得られた分散液に、グラフェンおよびカーボンナノチューブを混合する工程
をこの順に有する。グラフェンは比表面積が大きくバインダーに付着しやすく、グラフェンとカーボンナノチューブはπ−π相互作用により付着しやすい。そのため、グラフェンとカーボンナノチューブと活物質粒子およびバインダーを同時に混合する従来公知の方法においては、グラフェンとカーボンナノチューブとバインダーが相互に集まって凝集し、活物質粒子表面に充分な結合力で接着することが困難であった。そのため、作製した電極を繰り返し使用すると、活物質粒子から導電材料が剥離しやすく、導電性が低下する課題があった。本発明においては、工程Aにおいて活物質粒子表面に十分にバインダーを付着させた後に、工程Bにおいてグラフェンおよびカーボンナノチューブを混合するため、バインダーが付着した活物質粒子をグラフェンが被覆し、グラフェンとバインダー間で相互作用することにより、グラフェンが活物質粒子表面に定着することが可能であり、カーボンナノチューブの凝集も抑制される。このため、繰り返し使用した際にも導電材料の剥離を抑制し、導電性低下を抑制することができる。工程Bにおいては、グラフェンとカーボンナノチューブを順次添加して混合してもよいし、同時に添加して混合してもよい。以下に各工程について詳述する。
<Manufacturing method of electrode paste for secondary batteries>
The method for producing the electrode paste for a secondary battery of the present invention is at least
Step A: A step of mixing active material particles for a secondary battery and a binder in a solvent to prepare a dispersion, and Step B: A step of mixing graphene and carbon nanotubes with the dispersion obtained in Step A in this order. Have. Graphene has a large specific surface area and easily adheres to the binder, and graphene and carbon nanotubes easily adhere due to π-π interaction. Therefore, in the conventionally known method of mixing graphene, carbon nanotubes, active material particles, and a binder at the same time, graphene, carbon nanotubes, and a binder are mutually gathered and aggregated to adhere to the surface of the active material particles with sufficient bonding force. Was difficult. Therefore, when the produced electrode is used repeatedly, there is a problem that the conductive material is easily peeled off from the active material particles and the conductivity is lowered. In the present invention, after sufficiently adhering the binder to the surface of the active material particles in step A, graphene and carbon nanotubes are mixed in step B, so that the active material particles to which the binder is attached are coated with graphene, and the graphene and the binder are used. By interacting with each other, graphene can be fixed on the surface of the active material particles, and aggregation of carbon nanotubes is also suppressed. Therefore, peeling of the conductive material can be suppressed even after repeated use, and a decrease in conductivity can be suppressed. In step B, graphene and carbon nanotubes may be added in sequence and mixed, or may be added and mixed at the same time. Each step will be described in detail below.
まず、工程Aにおいて、活物質粒子およびバインダーを溶剤中で混合して分散液を調製する。本工程により、活物質粒子表面にバインダーを付着させ、二次電池用電極ペーストの凝集を抑制することができる。なお、活物質粒子表面全体にバインダーを付着させる必要はない。 First, in step A, the active material particles and the binder are mixed in a solvent to prepare a dispersion. By this step, the binder can be attached to the surface of the active material particles, and the aggregation of the electrode paste for the secondary battery can be suppressed. It is not necessary to attach the binder to the entire surface of the active material particles.
溶剤としては、例えば、水、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。これらの中でも、N−メチルピロリドンが好ましい。 Examples of the solvent include water, dimethylacetamide, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone and the like. Two or more of these may be used. Of these, N-methylpyrrolidone is preferable.
活物質粒子およびバインダーを混合する混合装置としては、せん断力を加えることのできる装置が好ましく、例えば、プラネタリミキサー、“フィルミックス”(登録商標)(プライミクス社)、自公転ミキサー、湿式遊星ボールミルなどが挙げられる。 As a mixing device for mixing the active material particles and the binder, a device capable of applying a shearing force is preferable. For example, a planetary mixer, "Fillmix" (registered trademark) (Primix Corporation), a self-revolving mixer, a wet planetary ball mill, etc. Can be mentioned.
工程Aにおいて混合するバインダーを予め前述の溶剤に溶解し、バインダー溶液として用いることが好ましく、バインダーを活物質粒子表面に均一に付着させることができる。この場合、工程Aにおいて用いるバインダー溶液のバインダー濃度は、2質量%以上20質量%以下が好ましい。バインダー濃度が2質量%以上であると、バインダー溶液の粘度を適度に高め、ペーストの分散性を向上させることができる。バインダー濃度は、4質量%以上が好ましい。一方、バインダー濃度が20質量%以下であると、バインダー溶液中におけるバインダーの分散性を向上させることができる。バインダー濃度は、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下がさらに好ましい。 It is preferable to dissolve the binder to be mixed in the step A in the above-mentioned solvent in advance and use it as a binder solution, so that the binder can be uniformly adhered to the surface of the active material particles. In this case, the binder concentration of the binder solution used in step A is preferably 2% by mass or more and 20% by mass or less. When the binder concentration is 2% by mass or more, the viscosity of the binder solution can be appropriately increased and the dispersibility of the paste can be improved. The binder concentration is preferably 4% by mass or more. On the other hand, when the binder concentration is 20% by mass or less, the dispersibility of the binder in the binder solution can be improved. The binder concentration is more preferably 15% by mass or less, further preferably 10% by mass or less.
次に、工程Bにおいて、工程Aにより得られた分散液に、グラフェンおよびカーボンナノチューブを混合する。グラフェンは表面付着しやすい性質を有し、バインダーとも相互作用しやすい。一方、カーボンナノチューブはグラフェンに比べて活物質粒子表面との相互作用が少なく、バインダーとも相互作用が少ない。そのため、活物質粒子表面には優先的にグラフェンが付着し、カーボンナノチューブはペースト中に分散する。このため、ペーストを塗布・乾燥した後に形成される電極中において、グラフェンが活物質粒子表面に付着し、カーボンナノチューブは活物質粒子間に存在する。このことにより、グラフェンが活物質粒子の表面導電性を向上させ、カーボンナノチューブは活物質粒子間の導電性を向上させることができる。さらに、グラフェンはバインダーを介して活物質粒子表面に強固に付着するため、繰り返し使用による導電性低下を抑制することができる。 Next, in step B, graphene and carbon nanotubes are mixed with the dispersion liquid obtained in step A. Graphene has the property of easily adhering to the surface and easily interacts with the binder. On the other hand, carbon nanotubes have less interaction with the surface of active material particles than graphene, and have less interaction with binders. Therefore, graphene preferentially adheres to the surface of the active material particles, and the carbon nanotubes are dispersed in the paste. Therefore, graphene adheres to the surface of the active material particles in the electrode formed after the paste is applied and dried, and the carbon nanotubes are present between the active material particles. As a result, graphene can improve the surface conductivity of the active material particles, and carbon nanotubes can improve the conductivity between the active material particles. Further, since graphene firmly adheres to the surface of the active material particles via the binder, it is possible to suppress a decrease in conductivity due to repeated use.
工程Bにおいて混合するグラフェンを予め前述の溶剤に分散させ、グラフェン分散液として用いることが好ましく、グラフェンが薄い形状で分散し、活物質粒子表面に付着しやすい。この場合、グラフェン分散液のグラフェン濃度は、1質量%以上20質量%以下が好ましい。グラフェン濃度が1質量%以上であると、グラフェン分散液の粘度を適度に高め、ペーストの分散性を向上させることができる。グラフェン濃度は2質量%以上がより好ましく、2.5質量%以上がさらに好ましい。一方、グラフェン濃度が20質量%以下であると、グラフェン分散液中におけるグラフェンの分散性を向上させることができる。グラフェン濃度は10質量%以下がより好ましく、5質量%以下がさらに好ましい。 It is preferable that the graphene to be mixed in the step B is dispersed in the above-mentioned solvent in advance and used as the graphene dispersion liquid, and the graphene is dispersed in a thin shape and easily adheres to the surface of the active material particles. In this case, the graphene concentration of the graphene dispersion is preferably 1% by mass or more and 20% by mass or less. When the graphene concentration is 1% by mass or more, the viscosity of the graphene dispersion can be appropriately increased and the dispersibility of the paste can be improved. The graphene concentration is more preferably 2% by mass or more, and further preferably 2.5% by mass or more. On the other hand, when the graphene concentration is 20% by mass or less, the dispersibility of graphene in the graphene dispersion can be improved. The graphene concentration is more preferably 10% by mass or less, further preferably 5% by mass or less.
工程Bにおいて混合するカーボンナノチューブを予め前述の溶剤に分散させ、カーボンナノチューブ分散液として用いることが好ましく、ペースト中における分散性を向上させることができる。この場合、カーボンナノチューブ分散液のカーボンナノチューブ濃度は、1質量%以上20質量%以下が好ましい。カーボンナノチューブ濃度が1質量%以上であると、カーボンナノチューブ分散液の粘度を適度に高め、ペーストの分散性を向上させることができる。カーボンナノチューブ濃度は2質量%以上がより好ましく、2.5質量%以上がさらに好ましい。一方、カーボンナノチューブ濃度が20質量%以下であると、カーボンナノチューブ分散液中におけるカーボンナノチューブの分散性を向上させることができる。カーボンナノチューブ濃度は10質量%以下がより好ましく、5質量%以下がさらに好ましい。 It is preferable that the carbon nanotubes to be mixed in the step B are dispersed in the above-mentioned solvent in advance and used as the carbon nanotube dispersion liquid, and the dispersibility in the paste can be improved. In this case, the carbon nanotube concentration of the carbon nanotube dispersion liquid is preferably 1% by mass or more and 20% by mass or less. When the carbon nanotube concentration is 1% by mass or more, the viscosity of the carbon nanotube dispersion liquid can be appropriately increased, and the dispersibility of the paste can be improved. The carbon nanotube concentration is more preferably 2% by mass or more, and further preferably 2.5% by mass or more. On the other hand, when the carbon nanotube concentration is 20% by mass or less, the dispersibility of the carbon nanotubes in the carbon nanotube dispersion liquid can be improved. The carbon nanotube concentration is more preferably 10% by mass or less, and further preferably 5% by mass or less.
工程Bにおいて、予め前述の濃度のグラフェン分散液とカーボンナノチューブ分散液を混合してグラフェンカーボンナノチューブ混合分散液を調製し、工程Aにより得られた分散液と混合することが好ましく、ペースト中における分散性を向上させることができる。 In step B, it is preferable to prepare a graphene carbon nanotube mixed dispersion by mixing the graphene dispersion and the carbon nanotube dispersion having the above-mentioned concentrations in advance, and mix it with the dispersion obtained in step A, and disperse in the paste. The sex can be improved.
また、工程Bにおいて、グラフェン分散液と工程Aにより得られた分散液を混合した後に、カーボンナノチューブ分散液を混合することが好ましい。かかる方法により、バインダーが付着した正極活物質粒子に、グラフェンが付着し、その上にカーボンナノチューブが付着する構造を容易に形成することができるため、繰り返し使用による導電性低下をより抑制することができる。 Further, in step B, it is preferable to mix the graphene dispersion liquid and the dispersion liquid obtained in step A, and then mix the carbon nanotube dispersion liquid. By such a method, graphene can be easily formed on the positive electrode active material particles to which the binder is attached, and carbon nanotubes can be easily formed on the graphene particles, so that the decrease in conductivity due to repeated use can be further suppressed. it can.
次に、本発明の二次電池用電極の製造方法について説明する。本発明の二次電池用電極の製造方法は、集電体に、前述の方法により得られた二次電池用電極ペーストを塗布し、乾燥する工程を有する。集電体としては、例えば、金属箔や金属メッシュなどが挙げられ、アルミニウム箔が好ましい。 Next, the method for manufacturing the electrode for the secondary battery of the present invention will be described. The method for manufacturing an electrode for a secondary battery of the present invention includes a step of applying the electrode paste for a secondary battery obtained by the above method to a current collector and drying it. Examples of the current collector include metal foil and metal mesh, and aluminum foil is preferable.
本発明の製造方法により得られた二次電池用電極ペーストを用いることにより、電極中において、活物質粒子表面に十分にバインダーが付着し、グラフェンが活物質粒子表面を一部被覆し、カーボンナノチューブが活物質粒子表面以外の電極全体に分布する。このような構成を有することにより、バインダーによる機械的強度向上効果、グラフェンによる表面導電性向上効果、カーボンナノチューブによる電極内導電性向上効果が奏され、二次電池に用いた際に、繰り返し使用による導電性劣化を抑制することができる。 By using the electrode paste for a secondary battery obtained by the production method of the present invention, a binder is sufficiently adhered to the surface of the active material particles in the electrode, graphene partially covers the surface of the active material particles, and carbon nanotubes are used. Is distributed over the entire electrode except the surface of the active material particles. By having such a configuration, the mechanical strength improving effect of the binder, the surface conductivity improving effect of graphene, and the in-electrode conductivity improving effect of carbon nanotubes are exhibited, and when used in a secondary battery, it is repeatedly used. It is possible to suppress the deterioration of conductivity.
<測定例>
〔測定例1:グラフェンの面方向の大きさ〕
合成例2により得られたグラフェン分散液1を、NMP溶媒を用いて0.002質量%に希釈し、ガラス基板上に滴下し、乾燥し、基板上に付着させた。基板上のグラフェンを、キーエンス社製レーザー顕微鏡VK−X250を用いて50倍対物レンズで拡大観察して、無作為に選択した50個のグラフェンについて、それぞれ小片の最も長い部分の長さ(長径、μm)と最も短い部分の長さ(短径、μm)を測定した。(長径+短径)/2を算出し、その平均値をグラフェンの面方向の大きさ(μm)とした。
<Measurement example>
[Measurement example 1: Size of graphene in the plane direction]
The graphene dispersion 1 obtained in Synthesis Example 2 was diluted to 0.002% by mass with an NMP solvent, dropped onto a glass substrate, dried, and adhered onto the substrate. The graphenes on the substrate were magnified and observed with a 50x objective lens using a Keyence laser microscope VK-X250, and for each of the 50 randomly selected graphenes, the length of the longest part of the small piece (major axis, μm) and the length of the shortest part (minor axis, μm) were measured. (Major diameter + minor diameter) / 2 was calculated, and the average value was taken as the size (μm) in the plane direction of graphene.
〔測定例2:グラフェンのO/C比〕
合成例2により得られたグラフェン分散液1を真空乾燥し、グラフェン粉末を得た。得られたグラフェン粉末について、X線光電子分光装置 Quantera SXM (PHI 社製))を用いてX線光電子分光測定を行い、酸素原子比率及び炭素原子比率からO/C比を求めた。励起X線は、monochromatic Al Kα1,2 線(1486.6eV)であり、X線径は200μm、光電子脱出角度は45°とした。
[Measurement example 2: Graphene O / C ratio]
The graphene dispersion 1 obtained in Synthesis Example 2 was vacuum dried to obtain a graphene powder. The obtained graphene powder was subjected to X-ray photoelectron spectroscopy measurement using an X-ray photoelectron spectrometer Quantera SXM (manufactured by PHI), and the O / C ratio was determined from the oxygen atom ratio and the carbon atom ratio. The excited X-rays were monochromatic Al Kα1 and 2 rays (1486.6 eV), the X-ray diameter was 200 μm, and the photoelectron escape angle was 45 °.
〔測定例3:グラフェンの比表面積〕
合成例2により得られた還元グラフェンを凍結乾燥し、グラフェン粉末を得た。得られたグラフェン粉末について、全自動比表面積測定装置 HM Model−1210(Macsorb社製)を用いて、比表面積を測定した。測定原理はBET流動法(1点法)、脱気条件は100℃×180分間とした。
[Measurement example 3: Specific surface area of graphene]
The reduced graphene obtained in Synthesis Example 2 was freeze-dried to obtain graphene powder. The specific surface area of the obtained graphene powder was measured using a fully automatic specific surface area measuring device HM Model-1210 (manufactured by Macsorb). The measurement principle was the BET flow method (one-point method), and the degassing conditions were 100 ° C. x 180 minutes.
〔測定例4:バインダーの酸素原子比率〕
各実施例および比較例に用いたPVDFの粉末について、X線光電子分光装置 Quantera SXM (PHI 社製))を用いてX線光電子分光測定を行い、酸素原子比率を求めた。ただし、PVDF分散液を用いた実施例については、PVDF分散液を真空乾燥して得られたPVDF粉末について測定を行った。励起X線は、monochromatic Al Kα1,2 線(1486.6eV)であり、X線径は200μm、光電子脱出角度は45°とした。
[Measurement example 4: Oxygen atom ratio of binder]
The PVDF powder used in each Example and Comparative Example was subjected to X-ray photoelectron spectroscopy measurement using an X-ray photoelectron spectrometer Quantera SXM (manufactured by PHI) to determine the oxygen atom ratio. However, in the examples using the PVDF dispersion, the PVDF powder obtained by vacuum-drying the PVDF dispersion was measured. The excited X-rays were monochromatic Al Kα1 and 2 rays (1486.6 eV), the X-ray diameter was 200 μm, and the photoelectron escape angle was 45 °.
〔測定例5:バインダーの数平均分子量〕
各実施例および比較例に用いたPVDFについて、ジメチルホルムアミドを溶媒とし、ポリスチレンを標準物質として、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いてポリスチレン換算の数平均分子量を測定した。
[Measurement Example 5: Number Average Molecular Weight of Binder]
For PVDF used in each Example and Comparative Example, polystyrene-equivalent number average molecular weight was measured using gel permeation chromatography (GPC) using dimethylformamide as a solvent and polystyrene as a standard substance.
〔測定例6:出力特性・サイクル特性〕
各実施例および比較例により作製した正極板をφ15.9mmのポンチで打ち抜くことにより作用電極とし、直径16.1mm×厚さ0.2mmに切り出したリチウム箔を対極とし、直径17mmに切り出した“セルガード”(登録商標)#2400(セルガード社製)をセパレータとして、LiPF6を1M含有するエチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=7:3の溶媒を電解液として、2032型コイン電池を作製し、充放電試験機(東洋システム社製 TOSCAT−3100)により充放電測定を行った。
[Measurement example 6: Output characteristics / cycle characteristics]
The positive electrode plate produced in each Example and Comparative Example was punched out with a punch of φ15.9 mm to form a working electrode, and a lithium foil cut out to a diameter of 16.1 mm × a thickness of 0.2 mm was used as a counter electrode and cut out to a diameter of 17 mm. A 2032 type coin battery was produced using "SELGARD" (registered trademark) # 2400 (manufactured by Celgard) as a separator and a solvent of ethylene carbonate: diethyl carbonate = 7: 3 containing 1 M of LiPF6 as an electrolytic solution, and a charge / discharge tester was prepared. Charge / discharge measurement was performed by (TOSCAT-3100 manufactured by Toyo System Co., Ltd.).
充放電測定において、充電電圧4.3V、放電電圧3.0Vとし、充電電圧まで1Cで定電流充電を行い、その後充電電圧で定電圧充電を行った。定電圧充電の終了電流は0.01Cとした。放電レートは1Cとし、充放電を3回繰り返し3回目の放電容量を求めた。その後、充電条件は同様で、放電レートを5Cとし、充放電を3回繰り返し3回目の放電容量を求め、出力特性を評価した。 In the charge / discharge measurement, the charging voltage was 4.3 V and the discharge voltage was 3.0 V, constant current charging was performed at 1 C up to the charging voltage, and then constant voltage charging was performed at the charging voltage. The end current of constant voltage charging was 0.01C. The discharge rate was set to 1C, and charging and discharging were repeated three times to determine the third discharge capacity. After that, the charging conditions were the same, the discharge rate was set to 5C, charging and discharging were repeated three times, the third discharge capacity was obtained, and the output characteristics were evaluated.
上記出力測定の測定後、続けてサイクル特性評価を行った。放電レートを1Cとして同様に500回充放電を実施し500回目の放電容量を求め、サイクル特性を評価した。 After the measurement of the above output measurement, the cycle characteristic evaluation was continued. Similarly, with the discharge rate set to 1C, charging and discharging were performed 500 times, the discharge capacity at the 500th time was obtained, and the cycle characteristics were evaluated.
<合成例>
(合成例1:酸化グラフェンの合成)
1500メッシュの天然黒鉛粉末(上海一帆石墨有限会社)を原料として、氷浴中の10gの天然黒鉛粉末に、220mlの98%濃硫酸、5gの硝酸ナトリウム、30gの過マンガン酸カリウムを入れ、1時間機械撹拌し、混合液の温度は20℃以下で保持した。この混合液を氷浴から取り出し、35℃水浴中で4時間撹拌し、その後イオン交換水500mlを入れて得られた懸濁液を、ホットプレートスターラーを用いて、90℃でさらに15分間撹拌を行った。最後に600mlのイオン交換水と50mlの過酸化水素を入れ加熱を停止し、スターラーを用いて5分間撹拌し、酸化グラフェン分散液を得た。これを濾過し、希塩酸溶液を用いて金属イオンを洗浄し、イオン交換水を用いて酸を洗浄し、pHが7になるまで洗浄を繰り返して酸化グラフェンゲルを調製した。
<Synthesis example>
(Synthesis Example 1: Synthesis of graphene oxide)
Using 1500 mesh natural graphite powder (Shanghai Ichiho Ishikumi Co., Ltd.) as a raw material, 220 ml of 98% concentrated sulfuric acid, 5 g of sodium nitrate, and 30 g of potassium permanganate were added to 10 g of natural graphite powder in an ice bath. The mixture was mechanically stirred for 1 hour, and the temperature of the mixed solution was maintained at 20 ° C. or lower. This mixed solution is taken out from the ice bath, stirred in a water bath at 35 ° C. for 4 hours, and then the suspension obtained by adding 500 ml of ion-exchanged water is stirred at 90 ° C. for another 15 minutes using a hot plate stirrer. went. Finally, 600 ml of ion-exchanged water and 50 ml of hydrogen peroxide were added, heating was stopped, and the mixture was stirred with a stirrer for 5 minutes to obtain a graphene oxide dispersion. This was filtered, metal ions were washed with a dilute hydrochloric acid solution, acid was washed with ion-exchanged water, and washing was repeated until the pH reached 7, to prepare a graphene oxide gel.
(合成例2:グラフェン分散液1の調製)
合成例1により調製した酸化グラフェンゲルを、イオン交換水を用いて濃度30mg/mlに希釈し、超音波洗浄機を用いて30分間処理し、均一な酸化グラフェン分散液を得た。
(Synthesis Example 2: Preparation of Graphene Dispersion Solution 1)
The graphene oxide gel prepared in Synthesis Example 1 was diluted to a concentration of 30 mg / ml with ion-exchanged water and treated with an ultrasonic cleaner for 30 minutes to obtain a uniform graphene oxide dispersion.
当該酸化グラフェン分散液20mlと、表面処理剤として0.3gのドーパミン塩酸塩とを混合し、ホモディスパー2.5型(プライミクス社製)を用いて回転数3000rpmで60分間処理した。 20 ml of the graphene oxide dispersion and 0.3 g of dopamine hydrochloride as a surface treatment agent were mixed and treated with Homo Disper 2.5 type (manufactured by Primix Corporation) at a rotation speed of 3000 rpm for 60 minutes.
酸化グラフェン分散液を、超音波装置UP400S(hielscher社製)を用いて、出力300Wの条件で超音波を40分間印加した。 The graphene oxide dispersion was applied with ultrasonic waves for 40 minutes under the condition of an output of 300 W using an ultrasonic device UP400S (manufactured by hielscher).
超音波処理後の酸化グラフェン分散液を、イオン交換水を用いて5mg/mlに希釈し、希釈した分散液20mlに0.3gの亜ジチオン酸ナトリウムを入れて、40℃で1時間還元反応を行った。その後、減圧吸引濾過器を用いて濾過し、さらにイオン交換水を用いて0.5質量%まで希釈して吸引濾過する洗浄工程を5回繰り返して洗浄し、還元グラフェンを得た。 The graphene oxide dispersion after sonication is diluted to 5 mg / ml with ion-exchanged water, 0.3 g of sodium dithionite is added to 20 ml of the diluted dispersion, and a reduction reaction is carried out at 40 ° C. for 1 hour. went. Then, the washing step of filtering using a vacuum suction filter, further diluting to 0.5% by mass with ion-exchanged water and suction filtration was repeated 5 times to obtain reduced graphene.
洗浄後にNMPを用いて0.5質量%まで希釈して、“フィルミックス”(登録商標)30−30型(プライミクス社製)を用いて回転速度40m/s(せん断速度:毎秒20000)で60秒間処理して吸引濾過した。濾過後にNMPを用いて0.5質量%まで希釈して、ホモディスパー2.5型(プライミクス社製)を用いて回転数3000rpmで30分間処理して吸引濾過する工程を2回繰り返し、グラフェン分散液1(濃度3.0質量%)を得た。 After cleaning, dilute to 0.5% by mass using NMP, and use "Filmix" (registered trademark) 30-30 type (manufactured by Primix Corporation) at a rotation speed of 40 m / s (shear velocity: 20000 per second) to 60. It was treated for seconds and suction filtered. After filtration, dilute to 0.5% by mass using NMP, treat with Homo Disper 2.5 type (manufactured by Primix Corporation) at a rotation speed of 3000 rpm for 30 minutes, and repeat suction filtration twice to disperse graphene. Liquid 1 (concentration: 3.0% by mass) was obtained.
得られたグラフェン分散液1について、測定例1に基づきグラフェンの面方向の大きさを測定したところ3μmであった。また、測定例2に基づきグラフェンのO/C比を測定したところ、0.12であった。 When the size of the obtained graphene dispersion 1 in the plane direction of graphene was measured based on Measurement Example 1, it was 3 μm. Moreover, when the O / C ratio of graphene was measured based on Measurement Example 2, it was 0.12.
また、NMPを添加する前の、水洗浄した還元グラフェンについて測定例3により還元グラフェンの比表面積を測定したところ、180m2/gであった。 The specific surface area of the reduced graphene washed with water before the addition of NMP was measured according to Measurement Example 3 and found to be 180 m 2 / g.
(合成例3:カーボンナノチューブ分散液1の調製)
FLoTube7010(Cnano社製カーボンナノチューブ、平均直径7〜11nm、平均長さ10〜20μm)4.0質量部にポリビニルピロリドンを1.0質量部加え、さらにNMP(三菱化学(株)製)を95.0質量部加え、“フィルミックス”(登録商標)30−30型(プライミクス社)を用いて周速40m/s(せん断速度:毎秒40,000)で60秒間処理することにより繊維状カーボン分散液1(濃度4.0質量%)を得た。
(Synthesis Example 3: Preparation of Carbon Nanotube Dispersion Solution 1)
Add 1.0 part by mass of polyvinylpyrrolidone to 4.0 parts by mass of FLoTube7010 (carbon nanotube manufactured by Canon, average diameter 7 to 11 nm, average length 10 to 20 μm), and further add 95 parts of NMP (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). Fibrous carbon dispersion liquid by adding 0 parts by mass and treating with "Fillmix" (registered trademark) 30-30 type (Primix) at a peripheral speed of 40 m / s (shear velocity: 40,000 per second) for 60 seconds. 1 (concentration 4.0% by mass) was obtained.
(合成例4:カーボンナノチューブ分散液2の調製)
“VGCF”(登録商標)−X(昭和電工(株)製気相成長炭素繊維、平均直径150nm、平均長さ6μm)4.0質量部にポリビニルピロリドンを1.0質量部加え、さらにNMP(三菱化学(株)製)を95.0質量部加え、“フィルミックス”(登録商標)30−30型(プライミクス社)を用いて周速40m/s(せん断速度:毎秒40,000)で60秒間処理することにより繊維状カーボン分散液2(濃度4.0質量%)を得た。
(Synthesis Example 4: Preparation of Carbon Nanotube Dispersion Solution 2)
"VGCF" (registered trademark) -X (Showa Denko KK, vapor-grown carbon fiber, average diameter 150 nm, average length 6 μm) 1.0 part by mass of polyvinylpyrrolidone was added to 4.0 parts by mass, and NMP (NMP) Add 95.0 parts by mass of Mitsubishi Chemical Co., Ltd., and use "Filmix" (registered trademark) 30-30 type (Primix) at a peripheral speed of 40 m / s (shear speed: 40,000 per second) to 60. Fibrous carbon dispersion 2 (concentration 4.0% by mass) was obtained by treating for seconds.
(合成例5:カーボンナノチューブ分散液3の調製)
“VGCF”(登録商標)−H(昭和電工(株)製気相成長炭素繊維、平均直径150nm、平均長さ6μm)4.0質量部にポリビニルピロリドンを1.0質量部加え、さらにNMP(三菱化学(株)製)を95.0質量部加え、“フィルミックス”(登録商標)30−30型(プライミクス社)を用いて周速40m/s(せん断速度:毎秒40,000)で60秒処理することにより繊維状カーボン分散液3(濃度4.0質量%)を得た。
(Synthesis Example 5: Preparation of Carbon Nanotube Dispersion Solution 3)
"VGCF" (registered trademark) -H (Showa Denko KK, vapor-grown carbon fiber, average diameter 150 nm, average length 6 μm) 1.0 part by mass of polyvinylpyrrolidone was added to 4.0 parts by mass, and NMP (NMP) Add 95.0 parts by mass of Mitsubishi Chemical Co., Ltd., and use "Filmix" (registered trademark) 30-30 type (Primix) at a peripheral speed of 40 m / s (shear speed: 40,000 per second) to 60. Fibrous carbon dispersion 3 (concentration 4.0% by mass) was obtained by the second treatment.
[実施例1]
活物質粒子としてLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM)(ユミコア社製、メジアン径10μmの造粒体)を100質量部、バインダー溶液としてポリフッ化ビニリデン(数平均分子量7.4×105、酸素原子比率3.0%)の溶液(5.0質量%)を固形分換算で2.0質量部加え、プラネタリミキサーを用いて回転数30rpm30分間混合し分散液を得た(工程A)。
[Example 1]
100 parts by mass of LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (NCM) (Yumicoa, granulated product with a median diameter of 10 μm) as active material particles, and polyvinylidene polyvinylfluoride (number average molecular weight 7) as a binder solution. .4 × 10 5, added 2.0 parts by mass solution (5.0 mass%) in terms of the solid content of the oxygen atomic ratio 3.0%), to obtain a dispersion by mixing rotational speed 30rpm30 minutes using a planetary mixer (Step A).
得られた分散液に、導電助剤として合成例2により調製したグラフェン分散液1(3.0%)を固形分換算で0.5質量部添加し、その後、合成例3により調製したカーボンナノチューブ分散液1を固形分換算で0.5質量部添加し(工程B)、さらに溶媒としてNMPを合計量50質量部になるように追加で添加した後、プラネタリミキサーを用いて回転数30rpmで30分間混合し、電極ペーストを得た。 To the obtained dispersion, 0.5 parts by mass of graphene dispersion 1 (3.0%) prepared in Synthesis Example 2 as a conductive auxiliary agent was added in terms of solid content, and then carbon nanotubes prepared in Synthesis Example 3 were added. 0.5 parts by mass of the dispersion liquid 1 was added in terms of solid content (step B), and NMP was additionally added as a solvent so as to have a total amount of 50 parts by mass. Mixing for minutes gave an electrode paste.
この電極ペーストを、ドクターブレードを用いて、目付け2.0mg/cm2となるようにアルミニウム箔(厚さ18μm)に塗布し、80℃で30分間乾燥後、ロールプレス機によりプレスを行い、真空乾燥機を用いて120℃5時間真空乾燥することにより電極を得た。電極合剤層(アルミニウム箔除く)の厚みは40μmとした。 This electrode paste is applied to an aluminum foil (thickness 18 μm) using a doctor blade so as to have a texture of 2.0 mg / cm 2 , dried at 80 ° C. for 30 minutes, pressed by a roll press machine, and vacuumed. Electrodes were obtained by vacuum drying at 120 ° C. for 5 hours using a dryer. The thickness of the electrode mixture layer (excluding aluminum foil) was 40 μm.
[実施例2]
工程Bにおいて、合成例3により調製したカーボンナノチューブ分散液1にかえてカーボンナノチューブ粉末FLoTube7010 0.5質量部を添加したこと以外は実施例1と同様にして電極ペーストおよび電極を得た。
[Example 2]
In step B, an electrode paste and an electrode were obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.5 parts by mass of carbon nanotube powder FLoTube7010 was added instead of the carbon nanotube dispersion liquid 1 prepared in Synthesis Example 3.
[実施例3]
工程Aにおいて、ポリフッ化ビニリデン(酸素原子比率3.0%)の溶液にかえてポリフッ化ビニリデン粉末(酸素原子比率3.0%)2.0質量部とNMP18質量部を添加したこと以外は実施例1と同様にして電極ペーストおよび電極を得た。
[Example 3]
In step A, except that 2.0 parts by mass of polyvinylidene fluoride powder (3.0% oxygen atom ratio) and 18 parts by mass of NMP were added instead of the solution of polyvinylidene fluoride (oxygen atom ratio 3.0%). An electrode paste and an electrode were obtained in the same manner as in Example 1.
[実施例4〜5]
工程Bにおいて、グラフェン分散液1とカーボンナノチューブ分散液1の添加量を、それぞれ固形分換算で表1に記載の重量となるように変更したこと以外は実施例1と同様にして電極ペーストおよび電極を得た。
[Examples 4 to 5]
In step B, the electrode paste and the electrode were obtained in the same manner as in Example 1 except that the addition amounts of the graphene dispersion liquid 1 and the carbon nanotube dispersion liquid 1 were changed so as to have the weights shown in Table 1 in terms of solid content. Got
[実施例6]
工程Aにおいて、ポリフッ化ビニリデン(酸素原子比率3.0%)にかえてポリフッ化ビニリデン(酸素原子比率0.2%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして電極ペーストおよび電極を得た。
[Example 6]
An electrode paste and an electrode were obtained in the same manner as in Example 1 except that polyvinylidene fluoride (oxygen atom ratio 0.2%) was used instead of polyvinylidene fluoride (oxygen atom ratio 3.0%) in step A. It was.
[実施例7]
工程Bにおいて、合成例3により調製したカーボンナノチューブ分散液1にかえて合成例4により得られたカーボンナノチューブ分散液2を添加したこと以外は実施例1と同様にして電極ペーストおよび電極を得た。
[Example 7]
In step B, an electrode paste and an electrode were obtained in the same manner as in Example 1 except that the carbon nanotube dispersion liquid 2 obtained in Synthesis Example 4 was added instead of the carbon nanotube dispersion liquid 1 prepared in Synthesis Example 3. ..
[実施例8]
工程Bにおいて、カーボンナノチューブ粉末FLoTube7010にかえて“VGCF”(登録商標)−X(昭和電工(株)製気相成長炭素繊維、平均直径150nm、平均長さ6μm)を添加したこと以外は実施例2と同様にして電極ペーストおよび電極を得た。
[Example 8]
Examples except that "VGCF" (registered trademark) -X (showa Denko Corporation vapor-grown carbon fiber, average diameter 150 nm, average length 6 μm) was added in place of carbon nanotube powder FLoTube7010 in step B. An electrode paste and an electrode were obtained in the same manner as in 2.
[実施例9]
工程Bにおいて、カーボンナノチューブ粉末FLoTube7010にかえて“VGCF”(登録商標)−H(昭和電工(株)製気相成長炭素繊維、平均直径150nm、平均長さ6μm)を添加したこと以外は実施例2と同様にして電極ペーストおよび電極を得た。
[Example 9]
Examples except that "VGCF" (registered trademark) -H (vapor-grown carbon fiber manufactured by Showa Denko KK, average diameter 150 nm, average length 6 μm) was added in place of carbon nanotube powder FLoTube7010 in step B. An electrode paste and an electrode were obtained in the same manner as in 2.
[実施例10]
実施例1と同様にして工程Aを実施して分散液を得た。
[Example 10]
Step A was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a dispersion liquid.
得られた分散液に、導電助剤として合成例3により調製したカーボンナノチューブ分散液1を固形分換算で0.5質量部添加し、その後、合成例2により調製したグラフェン分散液1(3.0%)を固形分換算で0.5質量部添加し、(工程B)、さらに溶媒としてNMPを合計量50質量部になるように追加で添加した後、プラネタリミキサーを用いて回転数30rpmで30分間混合し、電極ペーストを得た。得られた電極ペーストを用いて、実施例1と同様にして電極を得た。 To the obtained dispersion, 0.5 parts by mass of the carbon nanotube dispersion 1 prepared in Synthesis Example 3 as a conductive auxiliary agent was added in terms of solid content, and then the graphene dispersion 1 prepared in Synthesis Example 2 (3. (0%) was added in an amount of 0.5 parts by mass in terms of solid content (step B), and NMP was additionally added as a solvent so as to have a total amount of 50 parts by mass, and then the rotation speed was 30 rpm using a planetary mixer. Mixing for 30 minutes gave an electrode paste. Using the obtained electrode paste, an electrode was obtained in the same manner as in Example 1.
[実施例11]
活物質粒子としてLiMn2O4(メジアン径7μm)を100質量部、バインダー溶液としてポリフッ化ビニリデン(数平均分子量7.4×105、酸素原子比率3.0%)の溶液(5.0質量%)を固形分換算で2.0質量部加え、プラネタリミキサーを用いて回転数30rpm30分間混合し分散液を得た(工程A)。
[Example 11]
100 parts by weight of LiMn2O4 (the median diameter 7 [mu] m) as the active material particles, polyvinylidene fluoride as a binder solution (the number average molecular weight 7.4 × 10 5, the oxygen atomic ratio 3.0%) solution of the (5.0 wt%) 2.0 parts by mass was added in terms of solid content and mixed using a planetary mixer at a rotation speed of 30 rpm for 30 minutes to obtain a dispersion solution (step A).
得られた分散液に、導電助剤として合成例2により調製したグラフェン分散液1(3.0%)を固形分換算で0.8質量部添加し、その後、合成例3により調製したカーボンナノチューブ分散液1を固形分換算で0.8質量部添加し(工程B)、さらに溶媒としてNMPを10質量部追加で添加した後、プラネタリミキサーを用いて回転数30rpmで30分間混合し、電極ペーストを得た。得られた電極ペーストを用いて、実施例1と同様にして電極を得た。 To the obtained dispersion, 0.8 parts by mass of graphene dispersion 1 (3.0%) prepared in Synthesis Example 2 as a conductive auxiliary agent was added in terms of solid content, and then carbon nanotubes prepared in Synthesis Example 3 were added. 0.8 parts by mass of the dispersion liquid 1 was added in terms of solid content (step B), and 10 parts by mass of NMP was additionally added as a solvent, and then mixed for 30 minutes at a rotation speed of 30 rpm using a planetary mixer to make an electrode paste. Got Using the obtained electrode paste, an electrode was obtained in the same manner as in Example 1.
[比較例1]
合成例2により調製したグラフェン分散液1をグラフェン換算で0.5質量部添加した後、合成例3により調製したカーボンナノチューブ分散液1を固形分換算で0.5質量部と、バインダー溶液としてポリフッ化ビニリデン(酸素原子比率3.0%)の溶液(5.0質量%)を固形分換算で2.0質量部加え、プラネタリミキサーを用いて回転数30rpmで30分間混合した。その後、活物質粒子としてLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM)(ユミコア社製、メジアン径10μmの造粒体)を100質量部添加し、さらに溶媒としてNMPを合計量50質量部になるように追加で添加した後、プラネタリミキサーを用いて回転数30rpmで30分間混合し、電極ペーストを得た。得られた電極ペーストを用いて、実施例1と同様にして電極を得た。
[Comparative Example 1]
After adding 0.5 parts by mass of the graphene dispersion prepared in Synthesis Example 2 in terms of graphene, 0.5 parts by mass of the carbon nanotube dispersion 1 prepared in Synthesis Example 3 was added as a binder solution. A solution (5.0% by mass) of vinylidene (oxygen atom ratio 3.0%) was added in an amount of 2.0 parts by mass in terms of solid content, and the mixture was mixed for 30 minutes at a rotation speed of 30 rpm using a planetary mixer. Then, 100 parts by mass of LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (NCM) (Yumicore, granules having a median diameter of 10 μm) was added as active material particles, and the total amount of NMP was added as a solvent. After additional addition to 50 parts by mass, the mixture was mixed with a planetary mixer at a rotation speed of 30 rpm for 30 minutes to obtain an electrode paste. Using the obtained electrode paste, an electrode was obtained in the same manner as in Example 1.
[比較例2]
グラフェン分散液1を添加せず、カーボンナノチューブ分散液1を固形分換算で1質量部添加したこと以外は実施例1と同様にして電極ペーストおよび電極を得た。
[Comparative Example 2]
An electrode paste and an electrode were obtained in the same manner as in Example 1 except that the graphene dispersion liquid 1 was not added and the carbon nanotube dispersion liquid 1 was added in an amount of 1 part by mass in terms of solid content.
[比較例3]
カーボンナノチューブ分散液1を添加せず、グラフェン分散液を固形分換算で1重量部添加したこと以外は実施例1と同様にして電極ペーストおよび電極を得た。
[Comparative Example 3]
An electrode paste and an electrode were obtained in the same manner as in Example 1 except that the carbon nanotube dispersion liquid 1 was not added and the graphene dispersion liquid was added in an amount of 1 part by weight in terms of solid content.
[比較例4]
合成例2により調製したグラフェン分散液1をグラフェン換算で0.8質量部添加した後、合成例3により調製したカーボンナノチューブ分散液1を固形分換算で0.8質量部と、バインダー溶液としてポリフッ化ビニリデン(酸素原子比率3.0%)の溶液(5.0質量%)を固形分換算で2.0質量部加え、プラネタリミキサーを用いて回転数30rpmで30分間混合した。その後、活物質粒子としてLiMn2O4(メジアン径7μm)を100質量部添加し、さらに溶媒としてNMPを10質量部追加で添加した後、プラネタリミキサーを用いて回転数30rpmで30分間混合し、電極ペーストを得た。得られた電極ペーストを用いて、実施例1と同様にして電極を得た。
[Comparative Example 4]
After adding 0.8 parts by mass of graphene dispersion 1 prepared in Synthesis Example 2 in terms of graphene, 0.8 parts by mass of carbon nanotube dispersion 1 prepared in Synthesis Example 3 was added as a binder solution. A solution (5.0% by mass) of vinylidene (oxygen atom ratio 3.0%) was added in an amount of 2.0 parts by mass in terms of solid content, and the mixture was mixed for 30 minutes at a rotation speed of 30 rpm using a planetary mixer. Then, 100 parts by mass of LiMn2O4 (median diameter 7 μm) was added as active material particles, and 10 parts by mass of NMP was additionally added as a solvent, and then mixed at a rotation speed of 30 rpm for 30 minutes using a planetary mixer to prepare an electrode paste. Obtained. Using the obtained electrode paste, an electrode was obtained in the same manner as in Example 1.
[比較例5]
合成例2により調製したグラフェン分散液1をグラフェン換算で0.5質量部と、活物質粒子としてLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM)(ユミコア社製、メジアン径10μmの造粒体)を100質量部加え、プラネタリミキサーを用いて回転速度30rpmで30分間混合した。次に合成例3により調製したカーボンナノチューブ分散液1を固形分として0.5質量部加え、“フィルミックス”(登録商標)30−30型(プライミクス社)を用いて周速40m/s(せん断速度:毎秒40,000)で60秒間処理した。その後、バインダー溶液(5.0質量%)としてポリフッ化ビニリデン#7200(クレハ社製)を固形分として2.0質量部加え、さらに溶媒としてNMPを10質量部になるように追加で添加した後、“フィルミックス”(登録商標)30−30型(プライミクス社)を用いて周速40m/s(せん断速度:毎秒40,000)で60秒間処理し、電極ペーストを得た。得られた電極ペーストを用いて、実施例1と同様にして電極を得た。
[Comparative Example 5]
The graphene dispersion 1 prepared in Synthesis Example 2 was added to 0.5 parts by mass in terms of graphene, and LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (NCM) (manufactured by Yumicore Co., Ltd., median diameter 10 μm) as active material particles. 100 parts by mass was added, and the mixture was mixed at a rotation speed of 30 rpm for 30 minutes using a planetary mixer. Next, 0.5 parts by mass of the carbon nanotube dispersion liquid 1 prepared in Synthesis Example 3 was added as a solid content, and a peripheral speed of 40 m / s (shear) was added using "Fillmix" (registered trademark) 30-30 type (Primix Corporation). Processing was performed at a speed of 40,000 per second for 60 seconds. Then, 2.0 parts by mass of polyvinylidene fluoride # 7200 (manufactured by Kureha Corporation) was added as a binder solution (5.0% by mass) as a solid content, and NMP was additionally added as a solvent to 10 parts by mass. , "Fillmix" (registered trademark) 30-30 type (Primix Corporation) was treated at a peripheral speed of 40 m / s (shear velocity: 40,000 per second) for 60 seconds to obtain an electrode paste. Using the obtained electrode paste, an electrode was obtained in the same manner as in Example 1.
各実施例および比較例の主な組成と評価結果を表1に示す。 Table 1 shows the main compositions and evaluation results of each Example and Comparative Example.
Claims (13)
工程A:二次電池用活物質粒子およびバインダーを溶剤中で混合して分散液を調製する工程および
工程B:工程Aにより得られた分散液に、グラフェンおよびカーボンナノチューブを混合する工程
をこの順に有する、二次電池用電極ペーストの製造方法。 A method for producing an electrode paste for a secondary battery containing active material particles for a secondary battery, a binder, graphene and carbon nanotubes. At least Step A: Active material particles for a secondary battery and a binder are mixed and dispersed in a solvent. Step of preparing the liquid and step B: A method for producing an electrode paste for a secondary battery, which comprises a step of mixing graphene and carbon nanotubes in the dispersion liquid obtained in the step A in this order.
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2020
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