JP2021150111A - Electrode active material layer for nonaqueous electrolyte secondary battery, electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

To provide: an electrode active material layer for a nonaqueous electrolyte secondary battery, by which a nonaqueous electrolyte secondary battery allowing both of a high capacity and quick charging to be achieved can be obtained; an electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery; and a nonaqueous electrolyte secondary battery which allows both of a high capacity and quick charging to be achieved.SOLUTION: An electrode active material layer for a nonaqueous electrolyte secondary battery, herein disclosed comprises: over 5.0 mass% to 99.0 mass% of metal active material particles containing 30.0-80.0 mass% of Cu and capable of occluding and/or releasing metal ions; and a binding agent. In the electrode active material layer, the requirements given by the following expressions(1)-(3): 1.00≤T≤6.00 (1); 1.00≤d≤3.50 (2); and 0.010≤R≤100.000 (3), provided that an electrode gas-permeation speed (μm/s) is substituted for T of the expression (1), an electrode density (g/cm3) is substituted for d of the expression (2), and a volume resistivity (Ωcm) is substituted for R of the expression (3).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、非水電解質二次電池用の電極活物質層、非水電解質二次電池用の電極、及び、非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to an electrode active material layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery, an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、家庭用ビデオカメラ、ノートパソコン、及び、スマートフォン等の小型電子機器等の普及が進み、電池の高容量化が技術課題となっている。 In recent years, home video cameras, notebook computers, small electronic devices such as smartphones, and the like have become widespread, and increasing the capacity of batteries has become a technical issue.

ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド車、及び、電気自動車がさらに普及するために、電池のコンパクト化も技術課題となっている。 As hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, and electric vehicles become more widespread, making batteries compact is also a technical issue.

現在、リチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池の負極には、黒鉛系の電極活物質材料が利用されている。しかしながら、黒鉛系の電極活物質材料は、上述の技術課題を有する。 Currently, a graphite-based electrode active material is used for the negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery represented by a lithium ion battery. However, the graphite-based electrode active material has the above-mentioned technical problems.

そこで、黒鉛系電極活物質材料よりも高容量な合金系電極活物質材料が注目されている。合金系電極活物質材料としては、シリコン(Si)系電極活物質材料、スズ(Sn)系電極活物質材料が知られている。より高容量でよりコンパクトなリチウムイオン電池の実用化のために、上記合金系電極活物質材料に対して様々な検討がなされている。 Therefore, attention is being paid to alloy-based electrode active material materials having a higher capacity than graphite-based electrode active material materials. As the alloy-based electrode active material material, a silicon (Si) -based electrode active material material and a tin (Sn) -based electrode active material material are known. In order to put a lithium ion battery having a higher capacity and more compact into practical use, various studies have been made on the alloy-based electrode active material.

例えば、国際公開第2014/156963号(特許文献1)に記載されている負極活物質は、下記一般式(I)で表される微量の酸素を含有するケイ素−銅合金負極活物質である。これにより、高容量でサイクル特性および充電保存特性に優れたリチウムを吸蔵及び放出可能な合金系負極活物質が得られる、と特許文献1に記載されている。
SiCu (I)
(但し、p+q+r+s=100、s=0.01〜5、q=5〜50、r=0〜10、Mは、Be、B、Al、P、Zn、Ga、Ge、In、Sn、Sb、Y、Zr、Nb、Mo、及びWから選ばれる少なくとも一種以上の元素を表す。)
For example, the negative electrode active material described in International Publication No. 2014/156963 (Patent Document 1) is a silicon-copper alloy negative electrode active material containing a trace amount of oxygen represented by the following general formula (I). It is described in Patent Document 1 that an alloy-based negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium having a high capacity and excellent cycle characteristics and charge storage characteristics can be obtained.
Si p Cu q M r O s (I)
(However, p + q + r + s = 100, s = 0.01 to 5, q = 5 to 50, r = 0 to 10, M is Be, B, Al, P, Zn, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Represents at least one or more elements selected from Y, Zr, Nb, Mo, and W.)

一方、非水電解質二次電池には、上記の高容量化及びコンパクト化に加え、急速充電性も求められている。例えば、特開2017−183236号公報(特許文献2)及び特開2018−147672号公報(特許文献3)は、急速充電性を高めた負極を提案する。 On the other hand, in addition to the above-mentioned high capacity and compactness, the non-aqueous electrolyte secondary battery is also required to have quick chargeability. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-183236 (Patent Document 2) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-147672 (Patent Document 3) propose a negative electrode having improved quick chargeability.

特許文献2に記載された負極は、炭素材料からなる負極活物質とバインダーとを混合してなる負極活物質層を集電体上に備えたリチウムイオン二次電池用負極であって、負極活物質層は、その空隙率が50%以下であり、且つガーレー式デンソメーターで測定される透気度が0.80〜1.40μm/secであり、当該リチウムイオン二次電池用負極の負極体積エネルギー密度〔E(mAh/cm)〕が、透気度との関係において下記の数式1を満たすことを特徴とする。これにより、エネルギー密度が高くて安全性かつ入出力特性にも優れたリチウムイオン二次電池を得ることができる、と特許文献2に記載されている。
[数式1]
0.95<E/(−145X+545)
〔但し、Xは、ガーレー式デンソメーターで測定される負極活物質層の透気度(μm/sec)を示す。〕
The negative electrode described in Patent Document 2 is a negative electrode for a lithium ion secondary battery provided with a negative electrode active material layer formed by mixing a negative electrode active material made of a carbon material and a binder on a current collector, and is a negative electrode active material. The material layer has a void ratio of 50% or less, an air permeability measured by a Garley type densometer of 0.80 to 1.40 μm / sec, and a negative electrode volume of the negative electrode for the lithium ion secondary battery. The energy density [E (mAh / cm 3 )] satisfies the following equation 1 in relation to the air permeability. As a result, it is described in Patent Document 2 that a lithium ion secondary battery having a high energy density, safety, and excellent input / output characteristics can be obtained.
[Formula 1]
0.95 <E / (-145X + 545)
[However, X indicates the air permeability (μm / sec) of the negative electrode active material layer measured by the Garley type densometer. ]

特許文献3に記載された負極は、負極集電体と、負極集電体の上に設けられた負極活物質層とを有し、負極活物質層は、炭素材料を含み、かつ水銀圧入法によって得られたLog微分細孔容積分布グラフにおいて、ピーク細孔径A(単位:μm)と、ピーク細孔径AにおけるLog微分細孔容積B(単位:cm/g)との積A×Bが、0.2以上1.0以下である。これにより、急速充電特性が良好である負極が得られる、と特許文献3に記載されている。 The negative electrode described in Patent Document 3 has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer contains a carbon material and is a mercury press-fitting method. In the Log differential pore volume distribution graph obtained by, the product A × B of the peak pore diameter A (unit: μm) and the Log differential pore volume B (unit: cm 3 / g) at the peak pore diameter A is , 0.2 or more and 1.0 or less. It is described in Patent Document 3 that a negative electrode having good quick charging characteristics can be obtained as a result.

国際公開第2014/156963号International Publication No. 2014/156963 特開2017−183236号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-183236 特開2018−147672号公報JP-A-2018-147672 国際公開第2014/034104号International Publication No. 2014/034104 国際公開第2015/129264号International Publication No. 2015/129264 国際公開第2015/129265号International Publication No. 2015/129265 国際公開第2015/129266号International Publication No. 2015/129266 国際公開第2015/129267号International Publication No. 2015/129267 国際公開第2015/129270号International Publication No. 2015/12927 国際公開第2017/200046号International Publication No. 2017/200046 国際公開第2019/017349号International Publication No. 2019/017349

しかしながら、上述の技術によっても、高容量と急速充電性とを両立した非水電解質二次電池を得ることが難しい場合があった。 However, even with the above-mentioned techniques, it may be difficult to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery having both high capacity and quick chargeability.

本開示の目的は、高容量と急速充電性とを両立した非水電解質二次電池が得られる、非水電解質二次電池用の電極活物質層、高容量と急速充電性とを両立した非水電解質二次電池が得られる、非水電解質二次電池用の電極、及び、高容量と急速充電性とを両立した非水電解質二次電池を提供することである。 An object of the present disclosure is an electrode active material layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which can obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery having both high capacity and quick chargeability, and a non-aqueous electrolyte secondary battery having both high capacity and quick chargeability. It is an object of the present invention to provide an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery from which a water electrolyte secondary battery can be obtained, and a non-aqueous electrolyte secondary battery having both high capacity and quick chargeability.

本開示の電極活物質層は、非水電解質二次電池用の電極活物質層であって、
30.0〜80.0質量%のCuを含有し、金属イオンを吸蔵及び/又は放出する金属活物質粒子を5.0質量%超〜99.0質量%と、
結着剤とを含有し、
式(1)〜式(3)を満たす。
1.00≦T≦6.00 (1)
1.00≦d≦3.50 (2)
0.010≦R≦100.000 (3)
ここで、式(1)のTには電極透気速度(μm/s)が代入され、式(2)のdには電極密度(g/cm)が代入され、式(3)のRには体積抵抗率(Ω・cm)が代入される。
The electrode active material layer of the present disclosure is an electrode active material layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
The amount of metal active material particles containing 30.0 to 80.0% by mass of Cu and occluding and / or releasing metal ions is more than 5.0% by mass to 99.0% by mass.
Contains a binder and
Equations (1) to (3) are satisfied.
1.00 ≤ T ≤ 6.00 (1)
1.00 ≤ d ≤ 3.50 (2)
0.010 ≤ R ≤ 100.000 (3)
Here, the electrode air permeability (μm / s) is substituted for T in the equation (1), the electrode density (g / cm 3 ) is substituted for d in the equation (2), and R in the equation (3). The volume resistivity (Ω · cm) is substituted for.

本開示の電極は、非水電解質二次電池用の電極であって、
本開示の電極活物質層と、
金属箔からなる集電体とを備える。
The electrodes of the present disclosure are electrodes for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
The electrode active material layer of the present disclosure and
It is equipped with a current collector made of metal foil.

本開示の非水電解質二次電池は、本開示の電極を備える。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present disclosure comprises the electrodes of the present disclosure.

本開示の電極活物質層を備える非水電解質二次電池は、高容量と急速充電性とを両立可能である。 The non-aqueous electrolyte secondary battery provided with the electrode active material layer of the present disclosure can achieve both high capacity and quick chargeability.

図1は、本実施形態の電極活物質層の断面の模式図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the electrode active material layer of the present embodiment. 図2は、本実施形態における電極の断面の模式図である。FIG. 2 is a schematic view of a cross section of the electrode in this embodiment. 図3は、本実施形態の金属活物質粒子の製造装置の一例の模式図である。FIG. 3 is a schematic view of an example of the metal active material particle manufacturing apparatus of the present embodiment.

以下、図面を参照して、本開示の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

本発明者らは、非水電解質二次電池の高容量と急速充電性とを両立可能な電極活物質層について、調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは、次の知見を得た。 The present inventors have investigated and investigated an electrode active material layer capable of achieving both high capacity and quick chargeability of a non-aqueous electrolyte secondary battery. As a result, the present inventors obtained the following findings.

電極活物質として、黒鉛系活物質と、合金系活物質とが知られている。非水電解質二次電池の容量を高めるためには、電極の体積当たり放電容量を高めることが有効である。電極の体積当たり放電容量を高めるためには、電極活物質層に体積当たり放電容量が高い電極活物質を用いるのが有効である。合金系活物質は、黒鉛系活物質と比較して体積当たり放電容量が高い。したがって、合金系活物質を電極活物質層に用いるのが有効である。 Graphite-based active materials and alloy-based active materials are known as electrode active materials. In order to increase the capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery, it is effective to increase the discharge capacity per volume of the electrode. In order to increase the discharge capacity per volume of the electrode, it is effective to use an electrode active material having a high discharge capacity per volume for the electrode active material layer. The alloy-based active material has a higher discharge capacity per volume than the graphite-based active material. Therefore, it is effective to use an alloy-based active material for the electrode active material layer.

Cuを30.0〜80.0質量%含有する金属活物質粒子は、合金系活物質である。Cuを30.0〜80.0質量%含有する金属活物質粒子は、体積当たり放電容量が特に高い。したがって、電極活物質として、Cuを30.0〜80.0質量%含有する金属活物質粒子を用いるのが有効である。 The metal active material particles containing 30.0 to 80.0% by mass of Cu are alloy-based active materials. The metal active material particles containing 30.0 to 80.0% by mass of Cu have a particularly high discharge capacity per volume. Therefore, it is effective to use metal active material particles containing 30.0 to 80.0% by mass of Cu as the electrode active material.

一方で、本発明者らは、上記金属活物質粒子を用いた上で、非水電解質二次電池の急速充電性を高める方法について調査及び検討を行い、次の知見を得た。 On the other hand, the present inventors investigated and investigated a method for improving the quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery using the above-mentioned metal active material particles, and obtained the following findings.

式(4)及び式(5)は、非水電解質二次電池の充放電反応の概略を示す化学反応式である。
A+xMn++xne → MA(4)
A → A+xMn++xne(5)
式(4)及び式(5)中、「A」は電極活物質を示し、「Mn+」はn価の金属イオンを示し、「e」は電子を示す。nは自然数である。所定比(x)の金属イオン(Mn+)が、化学両論的に等価なxn個の電子(e)と化学反応することにより、電極活物質(A)中に貯蔵される(MA)。リチウムイオン電池の場合、式(4)及び式(5)のMn+はLiである。
Formulas (4) and (5) are chemical reaction formulas that outline the charge / discharge reaction of the non-aqueous electrolyte secondary battery.
A + xM n + + xne → M x A (4)
M x A → A + xM n + + xne (5)
In formulas (4) and (5), "A" represents an electrode active material, "M n + " represents an n-valent metal ion, and "e " represents an electron. n is a natural number. A predetermined ratio (x) of metal ions (M n + ) is stored in the electrode active material (A) by chemically reacting with xn electrons (e ) that are chemically equivalent (M x A). ). In the case of a lithium ion battery, M n + in the formulas (4) and (5) is Li + .

本発明者らは、式(4)及び式(5)のMn+及びeの電極活物質層中における移動速度が、非水電解質二次電池の急速充電性に影響すると考えた。そこで、本発明者らは、式(4)及び式(5)のMn+及びeの移動速度を高める方法を検討した。その結果、次の知見を得た。 The present inventors considered that the moving speed of the M n + and e of the formulas (4) and (5) in the electrode active material layer affects the rapid chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery. Therefore, the present inventors have investigated a method for increasing the moving speed of Mn + and e of the formulas (4) and (5). As a result, the following findings were obtained.

式(4)及び式(5)のMn+は、非水電解質二次電池の電解質に含まれている金属イオンである。電極活物質層中のMn+の移動速度を高めるには、電極活物質層中に適度に連結した空隙を設けることが有効である。電極活物質層中に適度に連結した空隙が存在すれば、その空隙に電解質が充填され、連結した電解質の中をMn+が速やかに移動できる。 M n + of the formulas (4) and (5) is a metal ion contained in the electrolyte of the non-aqueous electrolyte secondary battery. In order to increase the moving speed of Mn + in the electrode active material layer, it is effective to provide an appropriately connected void in the electrode active material layer. If there are appropriately connected voids in the electrode active material layer, the voids are filled with the electrolyte, and Mn + can move rapidly in the connected electrolytes.

一方、電極活物質中のeの移動速度を高めるには、電極活物質層に含まれる金属活物質粒子同士が適度に接点を有すればよい。金属活物質粒子同士が適度に接点を有すれば、金属活物質粒子同士の接点を通じてeが速やかに移動できる。 On the other hand, in order to increase the moving speed of e − in the electrode active material, it is sufficient that the metal active material particles contained in the electrode active material layer have an appropriate contact point with each other. If the metal active material particles have appropriate contact points, e can move quickly through the contact points between the metal active material particles.

しかしながら、式(4)及び式(5)のMn+の移動速度と、eの移動速度とは反比例する。つまり、Mn+の移動速度が大きい場合、eの移動速度は小さい。反対に、Mn+の移動速度が小さい場合、eの移動速度は大きい。これは次の理由のためである。電極活物質層中の空隙が多く、かつ、空隙同士がつながっている場合、電極活物質層の中で電解質の多くが連結している。そのため、Mn+の移動速度が大きくなる。電極活物質層中の空隙が多く、かつ、連結していれば、電極活物質同士の接点、つまり、導通する点が少なくなる。その結果、eの移動速度が小さくなる。反対に、電極活物質が高密度に存在すれば、電極活物質層中の連結した空隙が少なくなるので、電極活物質層中において電解質は分断して存在する。そのため、Mn+の移動速度が小さくなる。電極活物質が高密度に存在すれば、電極活物質同士の接点、つまり、導通する点が多くなる。そのため、eの移動速度が大きくなる。 However, the moving speed of M n + in the formulas (4) and (5) is inversely proportional to the moving speed of e −. That is, when the moving speed of M n + is high, the moving speed of e − is low. On the contrary, when the moving speed of M n + is small, the moving speed of e − is high. This is for the following reasons. When there are many voids in the electrode active material layer and the voids are connected to each other, most of the electrolytes are connected in the electrode active material layer. Therefore, the moving speed of M n + increases. If there are many voids in the electrode active material layer and they are connected to each other, the number of contacts between the electrode active materials, that is, points of conduction is reduced. As a result, the moving speed of e − becomes small. On the contrary, if the electrode active material is present at a high density, the number of connected voids in the electrode active material layer is reduced, so that the electrolyte is divided and exists in the electrode active material layer. Therefore, the moving speed of M n + becomes small. If the electrode active material is present at a high density, there are many points of contact between the electrode active materials, that is, points of conduction. Therefore, the moving speed of e − increases.

以上より、Mn+の移動速度を高める検討と、eの移動速度を高める検討とは相反する検討であり、Mn+の大きい移動速度とeの大きい移動速度とは両立が難しい。しかしながら、本発明者らは、上記金属活物質粒子を電極活物質として使用し、さらに、Mn+の移動速度を大きくし、さらに、eの移動速度を大きくすれば、非水電解質二次電池の高容量と急速充電性とを両立できると考えた。そこで、本発明者らは、Mn+の移動速度を大きくし、さらに、eの移動速度を大きくできる構造を有する電極活物質層、つまり、適度に連結した空隙、及び、金属活物質粒子同士の適度な接点を有する構造の電極活物質層について種々検討を行った。しかしながら、電極活物質層の内部構造はあまりに微小であり、電極活物質層の内部構造を直接特定することは困難であった。 From the above, the study of increasing the moving speed of M n + and the study of increasing the moving speed of e are contradictory studies, and it is difficult to achieve both a large moving speed of M n + and a large moving speed of e −. However, if the above-mentioned metal active material particles are used as an electrode active material, the moving speed of Mn + is increased, and the moving speed of e − is further increased, the present inventors make a non-aqueous electrolyte secondary battery. We thought that it would be possible to achieve both high capacity and quick chargeability. Therefore, the present inventors have an electrode active material layer having a structure capable of increasing the moving speed of M n + and further increasing the moving speed of e −, that is, appropriately connected voids and metal active material particles. Various studies were conducted on the electrode active material layer having a structure having appropriate contacts. However, the internal structure of the electrode active material layer is so small that it is difficult to directly identify the internal structure of the electrode active material layer.

そこで、本発明者らは、電極活物質層内の連結した空隙、及び、金属活物質粒子同士の接点を示す指標について種々検討を行った。その結果、以下の知見を得た。 Therefore, the present inventors have conducted various studies on the connected voids in the electrode active material layer and the indexes indicating the contact points between the metal active material particles. As a result, the following findings were obtained.

電極活物質層中の連結した空隙は、電極活物質層の電極透気速度として表すことができる。本開示において、電極透気速度(μm/s)とは、ガーレー式デンソメーターを用いて、面積28.3mm(6mmφ)の電極活物質層に、電極活物質層の厚さ方向に空気を透過させたときの、1秒あたりの空気の移動距離(μm)をいう。つまり、電極透気速度とは、電極活物質層の厚さ方向における空隙のつながりを示している。電極透気速度が大きい場合、電極活物質層の厚さ方向に、より多くの空隙がつながっていることを示す。この場合、連結した空隙に電解質が充填され、連結した電解質の中をMn+が移動できる。これにより、式(4)及び式(5)のMn+の移動速度が大きくなる。つまり、電極活物質層中におけるMn+の移動速度は、電極活物質層の電極透気速度として表すことができる。 The connected voids in the electrode active material layer can be expressed as the electrode air permeation rate of the electrode active material layer. In the present disclosure, the electrode air permeability (μm / s) means that air is blown into the electrode active material layer having an area of 28.3 mm 2 (6 mmφ) in the thickness direction of the electrode active material layer by using a Garley type densometer. It refers to the moving distance (μm) of air per second when permeated. That is, the electrode air permeation rate indicates the connection of voids in the thickness direction of the electrode active material layer. When the electrode air permeability is high, it indicates that more voids are connected in the thickness direction of the electrode active material layer. In this case, the connected voids are filled with the electrolyte, and Mn + can move in the connected electrolyte. As a result, the moving speed of Mn + in the equations (4) and (5) increases. That is, the moving speed of Mn + in the electrode active material layer can be expressed as the electrode air permeation speed of the electrode active material layer.

より具体的には、電極活物質層の電極透気速度が式(1)を満たせば、電極活物質層中におけるMn+の移動速度が大きく、かつ、eの移動を阻害しない。
1.00≦T≦6.00 (1)
ここで、式(1)のTには電極透気速度(μm/s)が代入される。
More specifically, if the electrode air permeability of the electrode active material layer satisfies the equation (1), the movement speed of Mn + in the electrode active material layer is high and the movement of e − is not hindered.
1.00 ≤ T ≤ 6.00 (1)
Here, the electrode air permeability (μm / s) is substituted for T in the equation (1).

一方、金属活物質粒子同士の接点は、電極活物質層の体積抵抗率として表すことができる。電極活物質層の体積抵抗率が低い場合、電極活物質層中をeがすみやかに移動できるよう、電極活物質同士が導通していることを示す。この場合、式(4)及び式(5)のeの移動速度が大きくなる。つまり、電極活物質層中におけるeの移動速度は、電極活物質層の体積抵抗率として表すことができる。 On the other hand, the contact points between the metal active material particles can be expressed as the volume resistivity of the electrode active material layer. When the volume resistivity of the electrode active material layer is low, it indicates that the electrode active materials are conducting each other so that e − can move quickly in the electrode active material layer. In this case, the moving speed of e − of the equations (4) and (5) increases. That is, the moving speed of e − in the electrode active material layer can be expressed as the volume resistivity of the electrode active material layer.

より具体的には、電極活物質層の体積抵抗率が式(3)を満たせば、電極活物質層中のeの移動速度が大きく、かつ、Mn+の移動を阻害しない。
0.010≦R≦100.000 (3)
ここで、式(3)のRには体積抵抗率(Ω・cm)が代入される。
More specifically, if the volume resistivity of the electrode active material layer satisfies the equation (3), the moving speed of e − in the electrode active material layer is high and the movement of M n + is not hindered.
0.010 ≤ R ≤ 100.000 (3)
Here, the volume resistivity (Ω · cm) is substituted for R in the equation (3).

体積抵抗率は、物質固有の数値である。しかしながら、電極活物質単体の体積抵抗率と、電極活物質を用いて形成した電極活物質層の体積抵抗率とは必ずしも一致しない。電極活物質層は、粒子状の電極活物質が結着剤によって結合されることで形成された層である。電極活物質の粒子同士の接点には結着剤が存在する場合がある。また、本開示の電極活物質層は金属活物質粒子を含む。金属活物質粒子の周りには酸化被膜が形成される場合がある。電極活物質粒子同士の境界に、結着剤や酸化被膜が存在する場合、eの移動速度が小さくなる場合がある。この場合、電極活物質単体の体積抵抗率よりも、電極活物質層の体積抵抗率は高くなる。 Volume resistivity is a numerical value peculiar to a substance. However, the volume resistivity of the electrode active material alone and the volume resistivity of the electrode active material layer formed by using the electrode active material do not always match. The electrode active material layer is a layer formed by binding particulate electrode active materials with a binder. A binder may be present at the contact points between the particles of the electrode active material. Further, the electrode active material layer of the present disclosure contains metal active material particles. An oxide film may be formed around the metal active material particles. If a binder or an oxide film is present at the boundary between the electrode active material particles, the moving speed of e − may be reduced. In this case, the volume resistivity of the electrode active material layer is higher than the volume resistivity of the electrode active material alone.

さらに、上記金属活物質粒子を用いた上で、電極活物質層の電極密度が式(2)を満たすことが必要である。電極活物質層が式(2)を満たせば、電極活物質層中のe及びMn+の移動が阻害されない。
1.00≦d≦3.50 (2)
ここで、式(2)のdには電極密度(g/cm)が代入される。
Further, it is necessary that the electrode density of the electrode active material layer satisfies the formula (2) after using the metal active material particles. If the electrode active material layer satisfies the formula (2), the movement of e − and M n + in the electrode active material layer is not inhibited.
1.00 ≤ d ≤ 3.50 (2)
Here, the electrode density (g / cm 3 ) is substituted for d in the equation (2).

以上をまとめると、本発明者らは、体積当たり放電容量が高い金属活物質粒子を用いた上で、電極活物質層の電極透気速度、密度、及び、体積抵抗率が適切な範囲内であれば、電極活物質層の体積当たり放電容量が高まり、さらに、Mn+及びeの両方の移動速度が高まるので、非水電解質二次電池の高容量と急速充電性とをさらに高めることができると考えた。つまり、本開示の非水電解質二次電池用の電極活物質層は、従前の知見とは全く異なる知見に基づいて完成したものである。具体的には、30.0〜80.0質量%のCuを含有する金属活物質粒子を活物質材料として用いた上で、電極活物質層が式(1)〜(3)を満たせば、非水電解質二次電池の高容量と優れた急速充電性とを両立できる。
1.00≦T≦6.00 (1)
1.00≦d≦3.50 (2)
0.010≦R≦100.000 (3)
ここで、式(1)のTには電極透気速度(μm/s)が代入され、式(2)のdには電極密度(g/cm)が代入され、式(3)のRには体積抵抗率(Ω・cm)が代入される。
Summarizing the above, the present inventors used metal active material particles having a high discharge capacity per volume, and the electrode air permeation rate, density, and volume resistance of the electrode active material layer were within an appropriate range. If there is, the discharge capacity per volume of the electrode active material layer is increased, and the moving speed of both Mn + and e is increased, so that the high capacity and quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be further enhanced. I thought I could do it. That is, the electrode active material layer for the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present disclosure has been completed based on a knowledge completely different from the previous knowledge. Specifically, if the metal active material particles containing 30.0 to 80.0% by mass of Cu are used as the active material and the electrode active material layer satisfies the formulas (1) to (3), It is possible to achieve both the high capacity of a non-aqueous electrolyte secondary battery and excellent quick chargeability.
1.00 ≤ T ≤ 6.00 (1)
1.00 ≤ d ≤ 3.50 (2)
0.010 ≤ R ≤ 100.000 (3)
Here, the electrode air permeability (μm / s) is substituted for T in the equation (1), the electrode density (g / cm 3 ) is substituted for d in the equation (2), and R in the equation (3). The volume resistivity (Ω · cm) is substituted for.

以上の知見に基づいて完成した本実施形態の電極活物質層の構成は次のとおりである。 The structure of the electrode active material layer of the present embodiment completed based on the above findings is as follows.

[1]の電極活物質層は、
非水電解質二次電池用の電極活物質層であって、
30.0〜80.0質量%のCuを含有し、金属イオンを吸蔵及び/又は放出する金属活物質粒子を5.0質量%超〜99.0質量%と、
結着剤とを含有し、
式(1)〜式(3)を満たす。
1.00≦T≦6.00 (1)
1.00≦d≦3.50 (2)
0.010≦R≦100.000 (3)
ここで、式(1)のTには電極透気速度(μm/s)が代入され、式(2)のdには電極密度(g/cm)が代入され、式(3)のRには体積抵抗率(Ω・cm)が代入される。
The electrode active material layer of [1] is
An electrode active material layer for non-aqueous electrolyte secondary batteries.
The amount of metal active material particles containing 30.0 to 80.0% by mass of Cu and occluding and / or releasing metal ions is more than 5.0% by mass to 99.0% by mass.
Contains a binder and
Equations (1) to (3) are satisfied.
1.00 ≤ T ≤ 6.00 (1)
1.00 ≤ d ≤ 3.50 (2)
0.010 ≤ R ≤ 100.000 (3)
Here, the electrode air permeability (μm / s) is substituted for T in the equation (1), the electrode density (g / cm 3 ) is substituted for d in the equation (2), and R in the equation (3). The volume resistivity (Ω · cm) is substituted for.

[2]の電極活物質層は、
[1]に記載の電極活物質層であって、
前記金属活物質粒子はさらに、Snを含有する。
The electrode active material layer of [2] is
The electrode active material layer according to [1].
The metal active material particles further contain Sn.

[3]の電極活物質層は、
[2]に記載の電極活物質層であって、
前記金属活物質粒子はさらに、
Si及びTiからなる群から選択される1種又は2種を含有する。
The electrode active material layer of [3] is
The electrode active material layer according to [2].
The metal active material particles are further
Contains one or two selected from the group consisting of Si and Ti.

[4]の電極活物質層は、
[2]又は[3]に記載の電極活物質層であって、
前記金属活物質粒子はさらに、
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、B及びCからなる群から選択される1種又は2種以上を含有する。
The electrode active material layer of [4] is
The electrode active material layer according to [2] or [3].
The metal active material particles are further
It contains one or more selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al, B and C.

[5]の電極活物質層は、
[1]〜[4]のいずれかに記載の電極活物質層であってさらに、
黒鉛を含有する。
The electrode active material layer of [5] is
The electrode active material layer according to any one of [1] to [4], and further.
Contains graphite.

本実施形態の電極は、非水電解質二次電池用の電極であって、
[1]〜[5]のいずれかに記載の電極活物質層と、
金属箔からなる集電体とを備える。
The electrode of this embodiment is an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
The electrode active material layer according to any one of [1] to [5] and
It is equipped with a current collector made of metal foil.

本実施形態の非水電解質二次電池は、本実施形態の電極を備える。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment includes the electrodes of the present embodiment.

以下、本実施形態の電極活物質層、電極及び非水電解質二次電池について詳述する。元素に関する「%」は、特に断りが無い限り「質量%」を意味する。 Hereinafter, the electrode active material layer, the electrode, and the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment will be described in detail. "%" For an element means "mass%" unless otherwise specified.

[電極活物質層]
本実施形態の電極活物質層は、非水電解質二次電池用の電極活物質層である。図1は、本実施形態の電極活物質層の断面の模式図である。図1を参照して、電極活物質層1は、金属活物質粒子2と、結着剤とを含有する。図示しないが、結着剤は、金属活物質粒子2の表面に点在し、金属活物質粒子2同士を結合する。
[Electrode active material layer]
The electrode active material layer of the present embodiment is an electrode active material layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the electrode active material layer of the present embodiment. With reference to FIG. 1, the electrode active material layer 1 contains metal active material particles 2 and a binder. Although not shown, the binder is scattered on the surface of the metal active material particles 2 and binds the metal active material particles 2 to each other.

電極活物質層1は金属活物質粒子2を、5.0質量%超〜99.0質量%含有する。金属活物質粒子2の含有量が5.0質量%以下であれば、電極活物質層1に含まれる金属活物質粒子2以外の成分が多くなりすぎる。この場合、金属活物質粒子2以外の成分が電極活物質層1の製造時に変形して空隙を埋め、電極活物質層1の電極透気速度T(μm/s)が1.00未満となる。このため、非水電解質二次電池の急速充電性が低下する。一方、金属活物質粒子2の含有量が99.0質量%を超えれば、金属活物質粒子2の電極密着性が低下し、非水電解質二次電池のサイクル特性が低下する。金属活物質粒子2の含有量が99.0質量%を超えればさらに、金属活物質粒子2の電極密着性が低下して電極が製造できない場合がある。したがって、金属活物質粒子2の含有量は、5.0質量%超〜99.0質量%である。金属活物質粒子2の含有量の下限は、好ましくは10.0質量%であり、より好ましくは30.0質量%である。金属活物質粒子2の含有量の上限は、好ましくは97.0質量%であり、より好ましくは95.0質量%であり、さらに好ましくは93.0質量%である。 The electrode active material layer 1 contains the metal active material particles 2 in an amount of more than 5.0% by mass to 99.0% by mass. If the content of the metal active material particles 2 is 5.0% by mass or less, the components other than the metal active material particles 2 contained in the electrode active material layer 1 become too large. In this case, the components other than the metal active material particles 2 are deformed during the production of the electrode active material layer 1 to fill the voids, and the electrode air permeation velocity T (μm / s) of the electrode active material layer 1 becomes less than 1.00. .. Therefore, the quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery is lowered. On the other hand, if the content of the metal active material particles 2 exceeds 99.0% by mass, the electrode adhesion of the metal active material particles 2 is lowered, and the cycle characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery are lowered. If the content of the metal active material particles 2 exceeds 99.0% by mass, the electrode adhesion of the metal active material particles 2 may further deteriorate and the electrode may not be manufactured. Therefore, the content of the metal active material particles 2 is more than 5.0% by mass to 99.0% by mass. The lower limit of the content of the metal active material particles 2 is preferably 10.0% by mass, more preferably 30.0% by mass. The upper limit of the content of the metal active material particles 2 is preferably 97.0% by mass, more preferably 95.0% by mass, and further preferably 93.0% by mass.

電極活物質層1は、式(1)〜式(3)を満たす。
1.00≦T≦6.00 (1)
1.00≦d≦3.50 (2)
0.010≦R≦100.000 (3)
ここで、式(1)のTには電極透気速度(μm/s)が代入され、式(2)のdには電極密度(g/cm)が代入され、式(3)のRには体積抵抗率(Ω・cm)が代入される。
The electrode active material layer 1 satisfies the formulas (1) to (3).
1.00 ≤ T ≤ 6.00 (1)
1.00 ≤ d ≤ 3.50 (2)
0.010 ≤ R ≤ 100.000 (3)
Here, the electrode air permeability (μm / s) is substituted for T in the equation (1), the electrode density (g / cm 3 ) is substituted for d in the equation (2), and R in the equation (3). The volume resistivity (Ω · cm) is substituted for.

[電極活物質層の電極透気速度]
電極活物質層1は、式(1)を満たす。
1.00≦T≦6.00 (1)
ここで、式(1)のTには電極透気速度(μm/s)が代入される。
[Electrode permeation rate of electrode active material layer]
The electrode active material layer 1 satisfies the formula (1).
1.00 ≤ T ≤ 6.00 (1)
Here, the electrode air permeability (μm / s) is substituted for T in the equation (1).

電極活物質層1の電極透気速度(μm/s)が1.00未満であれば、電極活物質層1の空気の透過経路が閉塞されていることを示す。この場合、式(4)及び式(5)の電池反応におけるMn+の移動経路が閉塞され、Mn+の移動速度が低下する。そのため、電極活物質層1の直流抵抗が高くなり、非水電解質二次電池の急速充電性が低下する。一方、電極活物質層1の電極透気速度(μm/s)が6.00を超えれば、電極活物質層1の空気の透過経路が多くなりすぎる。この場合、電極活物質同士の接点が少ないため、電極活物質層1内の電子伝導経路が少なくなる。そのため、電極活物質層1の直流抵抗が高くなり、非水電解質二次電池の急速充電性が低下する。したがって、電極透気速度(μm/s)は1.00以上、6.00以下である。 When the electrode air permeation velocity (μm / s) of the electrode active material layer 1 is less than 1.00, it indicates that the air permeation path of the electrode active material layer 1 is blocked. In this case, the movement path of Mn + in the battery reaction of the formulas (4) and (5) is blocked, and the movement speed of Mn + decreases. Therefore, the DC resistance of the electrode active material layer 1 becomes high, and the quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery decreases. On the other hand, if the electrode air permeation velocity (μm / s) of the electrode active material layer 1 exceeds 6.00, the air permeation path of the electrode active material layer 1 becomes too large. In this case, since there are few contacts between the electrode active materials, the number of electron conduction paths in the electrode active material layer 1 is reduced. Therefore, the DC resistance of the electrode active material layer 1 becomes high, and the quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery decreases. Therefore, the electrode air permeability (μm / s) is 1.00 or more and 6.00 or less.

電極透気速度(μm/s)の下限は、好ましくは1.20μm/sであり、より好ましくは1.50μm/sである。電極透気速度(μm/s)の上限は、好ましくは5.00μm/sであり、より好ましくは4.00μm/sである。 The lower limit of the electrode air permeability (μm / s) is preferably 1.20 μm / s, more preferably 1.50 μm / s. The upper limit of the electrode air permeability (μm / s) is preferably 5.00 μm / s, more preferably 4.00 μm / s.

[電極透気速度の測定方法]
電極活物質層1の電極透気速度は次の方法で測定する。電極から電極活物質層1を分離する。具体的には、集電体をエッチングすることにより、又は、ピンセット等を用いて集電体から電極活物質層1を剥離することにより、電極活物質層1を電極から分離する。また、ピンセット等による剥離が困難な場合には、Gaイオンビームなどの集束イオンビームを利用した、公知の加工方法にて集電体を除去すればよい。得られた電極活物質層1に対して、ガーレー式デンソメーターを用いて、電極活物質層1を空気が通過する時間を測定する。電極活物質層1の面積は28.3mm(6mmφ)とし、空気の量は25mLとし、空気の通過方向は電極活物質層1の厚さ方向とする。測定された空気の通過時間(s)と電極活物質層1の厚さ(μm)を次の式に代入して、電極透気速度T(μm/s)を求める。
電極透気速度T(μm/s)=電極活物質層1の厚さ(μm)/空気の通過時間(s)
[Measurement method of electrode air permeability]
The electrode air permeability of the electrode active material layer 1 is measured by the following method. The electrode active material layer 1 is separated from the electrode. Specifically, the electrode active material layer 1 is separated from the electrode by etching the current collector or by peeling the electrode active material layer 1 from the current collector using tweezers or the like. When peeling with tweezers or the like is difficult, the current collector may be removed by a known processing method using a focused ion beam such as a Ga ion beam. With respect to the obtained electrode active material layer 1, the time for air to pass through the electrode active material layer 1 is measured using a Garley type densometer. The area of the electrode active material layer 1 is 28.3 mm 2 (6 mmφ), the amount of air is 25 mL, and the air passing direction is the thickness direction of the electrode active material layer 1. By substituting the measured air passage time (s) and the thickness (μm) of the electrode active material layer 1 into the following equation, the electrode air permeation velocity T (μm / s) is obtained.
Electrode air permeation velocity T (μm / s) = Thickness of electrode active material layer 1 (μm) / Air passage time (s)

[電極活物質層の電極密度]
電極活物質層1は、式(2)を満たす。
1.00≦d≦3.50 (2)
ここで、式(2)のdには電極密度(g/cm)が代入される。
[Electrode density of electrode active material layer]
The electrode active material layer 1 satisfies the formula (2).
1.00 ≤ d ≤ 3.50 (2)
Here, the electrode density (g / cm 3 ) is substituted for d in the equation (2).

電極活物質層1の電極密度(g/cm)が1.00未満であれば、電極活物質層1に過剰に空隙が生じる。この場合、電極活物質層1の電極透気速度及び体積抵抗率が高くなりすぎ、電極活物質層1を用いた非水電解質二次電池の急速充電性が低下する。電極活物質層1の電極密度(g/cm)が3.50を超えれば、電極活物質層1の空気の透過経路が閉塞する。この場合、式(4)の電池反応におけるMn+の移動経路が閉塞され、Mn+の移動速度が低下する。そのため、電極活物質層1の直流抵抗が高くなり、非水電解質二次電池の急速充電性が低下する。したがって、電極密度(g/cm)は1.00以上、3.50以下である。 If the electrode density (g / cm 3 ) of the electrode active material layer 1 is less than 1.00, excessive voids are generated in the electrode active material layer 1. In this case, the electrode air permeation rate and the volume resistivity of the electrode active material layer 1 become too high, and the rapid chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery using the electrode active material layer 1 decreases. When the electrode density (g / cm 3 ) of the electrode active material layer 1 exceeds 3.50, the air permeation path of the electrode active material layer 1 is blocked. In this case, the movement path of Mn + in the battery reaction of the formula (4) is blocked, and the movement speed of Mn + decreases. Therefore, the DC resistance of the electrode active material layer 1 becomes high, and the quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery decreases. Therefore, the electrode density (g / cm 3 ) is 1.00 or more and 3.50 or less.

電極密度(g/cm)の下限は、好ましくは1.50(g/cm)であり、より好ましくは2.00(g/cm)である。電極密度(g/cm)の上限は、好ましくは3.20(g/cm)であり、より好ましくは3.00(g/cm)である。 The lower limit of the electrode density (g / cm 3 ) is preferably 1.50 (g / cm 3 ), more preferably 2.00 (g / cm 3 ). The upper limit of the electrode density (g / cm 3 ) is preferably 3.20 (g / cm 3 ), more preferably 3.00 (g / cm 3 ).

[電極活物質層の体積抵抗率]
電極活物質層1は、式(3)を満たす。
0.010≦R≦100.000 (3)
ここで、式(3)のRには体積抵抗率(Ω・cm)が代入される。
[Volume resistivity of electrode active material layer]
The electrode active material layer 1 satisfies the formula (3).
0.010 ≤ R ≤ 100.000 (3)
Here, the volume resistivity (Ω · cm) is substituted for R in the equation (3).

電極活物質層1の体積抵抗率(Ω・cm)が0.010未満であれば、電極活物質層1内の電極活物質同士の接点が多いことを示す。しかしながら、電極活物質層1内の空気の透過経路が閉塞していることを示す。この場合、式(4)の電池反応におけるMn+の移動経路が閉塞され、Mn+の移動速度が低下する。そのため、電極活物質層1の直流抵抗が高くなり、非水電解質二次電池の急速充電性が低下する。一方、電極活物質層1の体積抵抗率(Ω・cm)が100.000を超えれば、電極活物質層1内の電子伝導経路が少なすぎる。そのため、電極活物質層1の直流抵抗が高くなり、非水電解質二次電池の急速充電性が低下する。したがって、体積抵抗率(Ω・cm)は0.010以上、100.000以下である。 When the volume resistivity (Ω · cm) of the electrode active material layer 1 is less than 0.010, it indicates that there are many contacts between the electrode active materials in the electrode active material layer 1. However, it indicates that the air permeation path in the electrode active material layer 1 is blocked. In this case, the movement path of Mn + in the battery reaction of the formula (4) is blocked, and the movement speed of Mn + decreases. Therefore, the DC resistance of the electrode active material layer 1 becomes high, and the quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery decreases. On the other hand, if the volume resistivity (Ω · cm) of the electrode active material layer 1 exceeds 100.000, there are too few electron conduction paths in the electrode active material layer 1. Therefore, the DC resistance of the electrode active material layer 1 becomes high, and the quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery decreases. Therefore, the volume resistivity (Ω · cm) is 0.010 or more and 100.000 or less.

体積抵抗率(Ω・cm)の下限は、好ましくは0.100(Ω・cm)であり、より好ましくは1.000(Ω・cm)である。体積抵抗率(Ω・cm)の上限は、好ましくは90.000(Ω・cm)であり、より好ましくは80.000(Ω・cm)である。電極活物質層1が黒鉛を含有する場合、体積抵抗率(Ω・cm)の上限は、50.000(Ω・cm)であってもよいし、30.000(Ω・cm)であってもよい。電極活物質層1が黒鉛を含有しない場合、体積抵抗率(Ω・cm)の下限は、20.000(Ω・cm)であってもよいし、50.000(Ω・cm)であってもよい。 The lower limit of the volume resistivity (Ω · cm) is preferably 0.100 (Ω · cm), more preferably 1.000 (Ω · cm). The upper limit of the volume resistivity (Ω · cm) is preferably 90.000 (Ω · cm), more preferably 80.000 (Ω · cm). When the electrode active material layer 1 contains graphite, the upper limit of the volume resistivity (Ω · cm) may be 50.000 (Ω · cm) or 30.000 (Ω · cm). May be good. When the electrode active material layer 1 does not contain graphite, the lower limit of the volume resistivity (Ω · cm) may be 20.000 (Ω · cm) or 50.000 (Ω · cm). May be good.

[体積抵抗率の測定方法]
電極活物質層1の体積抵抗率は、電極抵抗測定システム(日置電機株式会社製、製品名:RM2610)を用いて測定する。予め、集電体の体積抵抗率及び厚さ、並びに電極活物質層1の厚さを電極抵抗測定システムに入力する。測定プローブを電極活物質層1に接触させ、その後、電極活物質層1の表面から定電流を印加することにより、電極活物質層1の体積抵抗率を算出する。集電体の体積抵抗率は、周知の四探針法を用いて測定する。集電体の厚さは、マイクロメーターを使用して測定する。電極活物質層1の厚さは、電極厚さと集電体の厚さとの差として得られる。電極抵抗測定器の測定条件は、測定スピード:MEDIUM、レンジ:AUTOレンジとする。
[Measurement method of volume resistivity]
The volume resistivity of the electrode active material layer 1 is measured using an electrode resistance measuring system (manufactured by Hioki Electric Co., Ltd., product name: RM2610). The volume resistivity and thickness of the current collector and the thickness of the electrode active material layer 1 are input to the electrode resistance measurement system in advance. The volume resistivity of the electrode active material layer 1 is calculated by bringing the measurement probe into contact with the electrode active material layer 1 and then applying a constant current from the surface of the electrode active material layer 1. The volume resistivity of the current collector is measured using a well-known four-probe method. The thickness of the current collector is measured using a micrometer. The thickness of the electrode active material layer 1 is obtained as a difference between the electrode thickness and the thickness of the current collector. The measurement conditions of the electrode resistance measuring instrument are: measurement speed: MEDIUM and range: AUTO range.

30.0〜80.0質量%Cuを含有する金属活物質粒子2を含有し、かつ、式(1)〜(3)を満たすことによって初めて、高容量と急速充電性とが両立された非水電解質二次電池が得られる電極活物質層1が得られる。 Only when the metal active material particles 2 containing 30.0 to 80.0% by mass Cu are contained and the formulas (1) to (3) are satisfied, high capacity and quick chargeability are achieved at the same time. The electrode active material layer 1 from which the water electrolyte secondary battery can be obtained can be obtained.

[金属活物質粒子]
金属活物質粒子2は、30.0〜80.0質量%のCuを含有し、金属イオンを吸蔵及び/又は放出する。ここで、金属イオンは、たとえば、リチウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン及びナトリウムイオンからなる群から選択される1種である。金属イオンは、リチウムイオンであってもよい。
[Metallic active material particles]
The metal active material particles 2 contain 30.0 to 80.0% by mass of Cu and occlude and / or release metal ions. Here, the metal ion is, for example, one selected from the group consisting of lithium ion, magnesium ion, aluminum ion and sodium ion. The metal ion may be a lithium ion.

[金属活物質粒子の化学組成]
金属活物質粒子2は、30.0〜80.0質量%のCuを含有する。銅(Cu)は、体積当たり放電容量が高く、かつ、電極活物質層1を備える電極の電極抵抗を低下させる。Cu含有量が30.0質量%未満であれば、電極抵抗が高くなる。一方、Cu含有量が80.0質量%を超えれば、放電容量が高められない。したがって、Cu含有量は30.0〜80.0質量%である。Cu含有量の下限は、好ましくは35.0質量%であり、より好ましくは40.0質量%である。Cu含有量の上限は、好ましくは75.0質量%であり、より好ましくは70.0質量%である。
[Chemical composition of metal active material particles]
The metal active material particles 2 contain 30.0 to 80.0% by mass of Cu. Copper (Cu) has a high discharge capacity per volume and reduces the electrode resistance of the electrode provided with the electrode active material layer 1. If the Cu content is less than 30.0% by mass, the electrode resistance becomes high. On the other hand, if the Cu content exceeds 80.0% by mass, the discharge capacity cannot be increased. Therefore, the Cu content is 30.0 to 80.0% by mass. The lower limit of the Cu content is preferably 35.0% by mass, more preferably 40.0% by mass. The upper limit of the Cu content is preferably 75.0% by mass, more preferably 70.0% by mass.

金属活物質粒子2において、Cu以外に含まれる元素は、金属元素、半金属元素、酸素及び炭素からなる群から選択される1種又は2種以上であってもよい。つまり、金属活物質粒子2の化学組成は、30.0〜80.0質量%のCu、金属元素、半金属元素、酸素及び炭素からなる群から選択される1種又は2種以上及び不純物からなる化学組成であってもよい。 In the metal active material particles 2, the element contained in addition to Cu may be one kind or two or more kinds selected from the group consisting of metal elements, metalloid elements, oxygen and carbon. That is, the chemical composition of the metal active material particles 2 is selected from one or more selected from the group consisting of 30.0 to 80.0% by mass of Cu, metal elements, metalloid elements, oxygen and carbon, and impurities. The chemical composition may be.

金属元素はたとえば、スズ(Sn)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)及びニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)及びアルミニウム(Al)からなる群から選択される1種又は2種以上である。半金属元素はたとえば、ケイ素(Si)及びボロン(B)からなる群から選択される1種又は2種である。つまり、金属活物質粒子2の化学組成は、30.0〜80.0質量%のCu、及び、Sn、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Si、B、O及びCからなる群から選択される1種又は2種以上及び不純物からなる化学組成であってもよい。 Metallic elements include, for example, tin (Sn), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni), zinc (Zn) and One or more selected from the group consisting of aluminum (Al). The metalloid element is, for example, one or two selected from the group consisting of silicon (Si) and boron (B). That is, the chemical composition of the metal active material particles 2 is 30.0 to 80.0% by mass of Cu, and Sn, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al, Si, B, It may be a chemical composition consisting of one or more selected from the group consisting of O and C and impurities.

金属活物質粒子2の化学組成は、30.0〜80.0質量%のCu、Sn及び不純物からなる化学組成であってもよい。金属活物質粒子2の化学組成は、30.0〜80.0質量%のCu、Sn、及び、Si及びTiからなる群から選択される1種又は2種及び不純物からなる化学組成であってもよい。金属活物質粒子2の化学組成は、30.0〜80.0質量%のCu、Sn、及び、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、B及びCからなる群から選択される1種又は2種以上及び不純物からなる化学組成であってもよい。金属活物質粒子2の化学組成は、30.0〜80.0質量%のCu、Sn、及び、Si及びTiからなる群から選択される1種又は2種、及び、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、B及びCからなる群から選択される1種又は2種以上及び不純物からなる化学組成であってもよい。それぞれの元素の含有量は、以下のとおりであってもよい。 The chemical composition of the metal active material particles 2 may be a chemical composition consisting of 30.0 to 80.0% by mass of Cu, Sn and impurities. The chemical composition of the metal active material particles 2 is one or two selected from the group consisting of 30.0 to 80.0% by mass of Cu, Sn, and Si and Ti, and an impurity. May be good. The chemical composition of the metal active material particles 2 is selected from the group consisting of 30.0 to 80.0% by mass of Cu, Sn, and V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al, B and C. It may be a chemical composition composed of one kind or two or more kinds and impurities. The chemical composition of the metal active material particles 2 is one or two selected from the group consisting of 30.0 to 80.0% by mass of Cu, Sn, and Si and Ti, and V, Cr, Mn, It may be a chemical composition composed of one or more selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Zn, Al, B and C and impurities. The content of each element may be as follows.

Sn:10.0〜65.0質量%
スズ(Sn)は電極活物質層1の体積当たり放電容量を高める。Sn含有量が10.0質量%以上であれば、この効果がより効果的に得られる。Sn含有量が65.0質量%以下であれば、この効果がより効果的に得られる。したがって、Sn含有量は10.0〜65.0質量%であってもよい。Sn含有量の下限は、より好ましくは15.0質量%であり、さらに好ましくは30.0質量%である。Sn含有量の上限は、より好ましくは60.0質量%であり、さらに好ましくは55.0質量%である。
Sn: 10.0 to 65.0% by mass
Tin (Sn) increases the discharge capacity per volume of the electrode active material layer 1. When the Sn content is 10.0% by mass or more, this effect can be obtained more effectively. When the Sn content is 65.0% by mass or less, this effect can be obtained more effectively. Therefore, the Sn content may be 10.0 to 65.0% by mass. The lower limit of the Sn content is more preferably 15.0% by mass, still more preferably 30.0% by mass. The upper limit of the Sn content is more preferably 60.0% by mass, still more preferably 55.0% by mass.

Si:1.0〜20.0質量%
ケイ素(Si)は電極活物質層1の体積当たり放電容量を高める。Si含有量が1.0質量%以上であれば、この効果がより効果的に得られる。Si含有量が20.0質量%以下であれば、この効果がより効果的に得られる。したがって、Si含有量は1.0〜20.0質量%であってもよい。Si含有量の下限は、より好ましくは2.0質量%であり、さらに好ましくは3.0質量%である。Si含有量の上限は、より好ましくは15.0質量%であり、さらに好ましくは10.0質量%である。
Si: 1.0 to 20.0% by mass
Silicon (Si) increases the discharge capacity per volume of the electrode active material layer 1. When the Si content is 1.0% by mass or more, this effect can be obtained more effectively. When the Si content is 20.0% by mass or less, this effect can be obtained more effectively. Therefore, the Si content may be 1.0 to 20.0% by mass. The lower limit of the Si content is more preferably 2.0% by mass, still more preferably 3.0% by mass. The upper limit of the Si content is more preferably 15.0% by mass, still more preferably 10.0% by mass.

Ti:0.1〜10.0質量%
チタン(Ti)はCu及びSnの過剰な酸化を抑制する。これにより、Tiは電極活物質層1を備える電極の電極抵抗を低下させる。Ti含有量が0.1質量%以上であれば、この効果がより効果的に得られる。Ti含有量が10.0質量%以下であれば、この効果がより効果的に得られる。したがって、Ti含有量は0.1〜10.0質量%であってもよい。Ti含有量の下限は、より好ましくは0.5質量%であり、さらに好ましくは1.0質量%である。Ti含有量の上限は、より好ましくは5.0質量%であり、さらに好ましくは2.0質量%である。
Ti: 0.1 to 10.0% by mass
Titanium (Ti) suppresses excessive oxidation of Cu and Sn. As a result, Ti lowers the electrode resistance of the electrode including the electrode active material layer 1. When the Ti content is 0.1% by mass or more, this effect can be obtained more effectively. When the Ti content is 10.0% by mass or less, this effect can be obtained more effectively. Therefore, the Ti content may be 0.1 to 10.0% by mass. The lower limit of the Ti content is more preferably 0.5% by mass, still more preferably 1.0% by mass. The upper limit of the Ti content is more preferably 5.0% by mass, still more preferably 2.0% by mass.

V:0.5〜5.0質量%
バナジウム(V)はCu及びSnの過剰な酸化を抑制する。これにより、Vは電極活物質層1を備える電極の電極抵抗を低下させる。V含有量が0.5質量%以上であれば、この効果がより効果的に得られる。V含有量が5.0質量%以下であれば、この効果がより効果的に得られる。したがって、V含有量は0.5〜5.0質量%であってもよい。V含有量の下限は、より好ましくは1.0質量%である。V含有量の上限は、より好ましくは2.0質量%である。
V: 0.5 to 5.0% by mass
Vanadium (V) suppresses excessive oxidation of Cu and Sn. As a result, V lowers the electrode resistance of the electrode including the electrode active material layer 1. When the V content is 0.5% by mass or more, this effect can be obtained more effectively. When the V content is 5.0% by mass or less, this effect can be obtained more effectively. Therefore, the V content may be 0.5 to 5.0% by mass. The lower limit of the V content is more preferably 1.0% by mass. The upper limit of the V content is more preferably 2.0% by mass.

Cr:0.5〜5.0質量%
クロム(Cr)はCu及びSnの過剰な酸化を抑制する。これにより、Crは電極活物質層1を備える電極の電極抵抗を低下させる。Cr含有量が0.5質量%以上であれば、この効果がより効果的に得られる。Cr含有量が5.0質量%以下であれば、この効果がより効果的に得られる。したがって、Cr含有量は0.5〜5.0質量%であってもよい。Cr含有量の下限は、より好ましくは1.0質量%である。Cr含有量の上限は、より好ましくは2.0質量%である。
Cr: 0.5 to 5.0% by mass
Chromium (Cr) suppresses excessive oxidation of Cu and Sn. As a result, Cr reduces the electrode resistance of the electrode including the electrode active material layer 1. When the Cr content is 0.5% by mass or more, this effect can be obtained more effectively. When the Cr content is 5.0% by mass or less, this effect can be obtained more effectively. Therefore, the Cr content may be 0.5 to 5.0% by mass. The lower limit of the Cr content is more preferably 1.0% by mass. The upper limit of the Cr content is more preferably 2.0% by mass.

Mn:0.5〜5.0質量%
マンガン(Mn)はCu及びSnの過剰な酸化を抑制する。これにより、Mnは電極活物質層1を備える電極の電極抵抗を低下させる。Mn含有量が0.5質量%以上であれば、この効果がより効果的に得られる。Mn含有量が5.0質量%以下であれば、この効果がより効果的に得られる。したがって、Mn含有量は0.5〜5.0質量%であってもよい。Mn含有量の下限は、より好ましくは1.0質量%である。Mn含有量の上限は、より好ましくは2.0質量%である。
Mn: 0.5 to 5.0% by mass
Manganese (Mn) suppresses excessive oxidation of Cu and Sn. As a result, Mn reduces the electrode resistance of the electrode including the electrode active material layer 1. When the Mn content is 0.5% by mass or more, this effect can be obtained more effectively. When the Mn content is 5.0% by mass or less, this effect can be obtained more effectively. Therefore, the Mn content may be 0.5 to 5.0% by mass. The lower limit of the Mn content is more preferably 1.0% by mass. The upper limit of the Mn content is more preferably 2.0% by mass.

Fe:0.5〜5.0質量%
鉄(Fe)はCu及びSnの過剰な酸化を抑制する。これにより、Feは電極活物質層1を備える電極の電極抵抗を低下させる。Fe含有量が0.5質量%以上であれば、この効果がより効果的に得られる。Fe含有量が5.0質量%以下であれば、この効果がより効果的に得られる。したがって、Fe含有量は0.5〜5.0質量%であってもよい。Fe含有量の下限は、より好ましくは1.0質量%である。Fe含有量の上限は、より好ましくは2.0質量%である。
Fe: 0.5 to 5.0% by mass
Iron (Fe) suppresses excessive oxidation of Cu and Sn. As a result, Fe lowers the electrode resistance of the electrode including the electrode active material layer 1. When the Fe content is 0.5% by mass or more, this effect can be obtained more effectively. When the Fe content is 5.0% by mass or less, this effect can be obtained more effectively. Therefore, the Fe content may be 0.5 to 5.0% by mass. The lower limit of the Fe content is more preferably 1.0% by mass. The upper limit of the Fe content is more preferably 2.0% by mass.

Co:0.5〜5.0質量%
コバルト(Co)はCu及びSnの過剰な酸化を抑制する。これにより、Coは電極活物質層1を備える電極の電極抵抗を低下させる。Co含有量が0.5質量%以上であれば、この効果がより効果的に得られる。Co含有量が5.0質量%以下であれば、この効果がより効果的に得られる。したがって、Co含有量は0.5〜5.0質量%であってもよい。Co含有量の下限は、より好ましくは1.0質量%である。Co含有量の上限は、より好ましくは2.0質量%である。
Co: 0.5 to 5.0% by mass
Cobalt (Co) suppresses excessive oxidation of Cu and Sn. As a result, Co reduces the electrode resistance of the electrode including the electrode active material layer 1. When the Co content is 0.5% by mass or more, this effect can be obtained more effectively. When the Co content is 5.0% by mass or less, this effect can be obtained more effectively. Therefore, the Co content may be 0.5 to 5.0% by mass. The lower limit of the Co content is more preferably 1.0% by mass. The upper limit of the Co content is more preferably 2.0% by mass.

Ni:0.5〜5.0質量%
ニッケル(Ni)はCu及びSnの過剰な酸化を抑制する。これにより、Niは電極活物質層1を備える電極の電極抵抗を低下させる。Ni含有量が0.5質量%以上であれば、この効果がより効果的に得られる。Ni含有量が5.0質量%以下であれば、この効果がより効果的に得られる。したがって、Ni含有量は0.5〜5.0質量%であってもよい。Ni含有量の下限は、より好ましくは1.0質量%である。Ni含有量の上限は、より好ましくは2.0質量%である。
Ni: 0.5 to 5.0% by mass
Nickel (Ni) suppresses excessive oxidation of Cu and Sn. As a result, Ni lowers the electrode resistance of the electrode including the electrode active material layer 1. When the Ni content is 0.5% by mass or more, this effect can be obtained more effectively. When the Ni content is 5.0% by mass or less, this effect can be obtained more effectively. Therefore, the Ni content may be 0.5 to 5.0% by mass. The lower limit of the Ni content is more preferably 1.0% by mass. The upper limit of the Ni content is more preferably 2.0% by mass.

Zn:0.5〜5.0質量%
亜鉛(Zn)はCu及びSnの過剰な酸化を抑制する。これにより、Znは電極活物質層1を備える電極の電極抵抗を低下させる。Zn含有量が0.5質量%以上であれば、この効果がより効果的に得られる。Zn含有量が5.0質量%以下であれば、この効果がより効果的に得られる。したがって、Zn含有量は0.5〜5.0質量%であってもよい。Zn含有量の下限は、より好ましくは1.0質量%である。Zn含有量の上限は、より好ましくは2.0質量%である。
Zn: 0.5 to 5.0% by mass
Zinc (Zn) suppresses excessive oxidation of Cu and Sn. As a result, Zn lowers the electrode resistance of the electrode including the electrode active material layer 1. When the Zn content is 0.5% by mass or more, this effect can be obtained more effectively. When the Zn content is 5.0% by mass or less, this effect can be obtained more effectively. Therefore, the Zn content may be 0.5 to 5.0% by mass. The lower limit of the Zn content is more preferably 1.0% by mass. The upper limit of the Zn content is more preferably 2.0% by mass.

Al:0.5〜5.0質量%
アルミニウム(Al)はCu及びSnの過剰な酸化を抑制する。これにより、Alは電極活物質層1を備える電極の電極抵抗を低下させる。Al含有量が0.5質量%以上であれば、この効果がより効果的に得られる。Al含有量が5.0質量%以下であれば、この効果がより効果的に得られる。したがって、Al含有量は0.5〜5.0質量%であってもよい。Al含有量の下限は、より好ましくは1.0質量%である。Al含有量の上限は、より好ましくは2.0質量%である。
Al: 0.5 to 5.0% by mass
Aluminum (Al) suppresses excessive oxidation of Cu and Sn. As a result, Al reduces the electrode resistance of the electrode including the electrode active material layer 1. When the Al content is 0.5% by mass or more, this effect can be obtained more effectively. When the Al content is 5.0% by mass or less, this effect can be obtained more effectively. Therefore, the Al content may be 0.5 to 5.0% by mass. The lower limit of the Al content is more preferably 1.0% by mass. The upper limit of the Al content is more preferably 2.0% by mass.

B:0.5〜5.0質量%
ボロン(B)はCu及びSnの過剰な酸化を抑制する。これにより、Bは電極活物質層1を備える電極の電極抵抗を低下させる。B含有量が0.5質量%以上であれば、この効果がより効果的に得られる。B含有量が5.0質量%以下であれば、この効果がより効果的に得られる。したがって、B含有量は0.5〜5.0質量%であってもよい。B含有量の下限は、より好ましくは1.0質量%である。B含有量の上限は、より好ましくは2.0質量%である。
B: 0.5 to 5.0% by mass
Boron (B) suppresses excessive oxidation of Cu and Sn. As a result, B reduces the electrode resistance of the electrode including the electrode active material layer 1. When the B content is 0.5% by mass or more, this effect can be obtained more effectively. When the B content is 5.0% by mass or less, this effect can be obtained more effectively. Therefore, the B content may be 0.5 to 5.0% by mass. The lower limit of the B content is more preferably 1.0% by mass. The upper limit of the B content is more preferably 2.0% by mass.

C:0.5〜5.0質量%
炭素(C)は金属活物質の金属イオン吸蔵時の体積膨張率を低減する。C含有量が0.5質量%以上であれば、この効果がより効果的に得られる。C含有量が5.0質量%以下であれば、この効果がより効果的に得られる。したがって、C含有量は0.5〜5.0質量%であってもよい。C含有量の下限は、より好ましくは1.0質量%である。C含有量の上限は、より好ましくは2.0質量%である。
C: 0.5 to 5.0% by mass
Carbon (C) reduces the coefficient of thermal expansion of the metal active material during metal ion occlusion. When the C content is 0.5% by mass or more, this effect can be obtained more effectively. When the C content is 5.0% by mass or less, this effect can be obtained more effectively. Therefore, the C content may be 0.5 to 5.0% by mass. The lower limit of the C content is more preferably 1.0% by mass. The upper limit of the C content is more preferably 2.0% by mass.

金属活物質粒子2はさらに、第2族元素及び/又は希土類元素(REM)を含有してもよい。第2族元素はたとえば、マグネシウム(Mg)及びカルシウム(Ca)からなる群から選択される1種又は2種である。希土類元素(REM)はたとえば、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)及びネオジム(Nd)からなる群から選択される1種又は2種以上である。 The metal active material particles 2 may further contain Group 2 elements and / or rare earth elements (REM). The Group 2 element is, for example, one or two selected from the group consisting of magnesium (Mg) and calcium (Ca). The rare earth element (REM) is, for example, one or more selected from the group consisting of lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr) and neodymium (Nd).

金属活物質粒子2は、金属、半金属、合金、金属間化合物及び金属酸化物からなる群から選択される1種又は2種以上を含む。好ましくは、金属活物質粒子2は、金属、半金属、合金、金属間化合物及び金属酸化物からなる群から選択される1種又は2種以上及び不純物からなる。金属活物質粒子2はさらに、他の物質を含有してもよい。他の物質はたとえば、炭素質材である。 The metal active material particles 2 include one or more selected from the group consisting of metals, metalloids, alloys, intermetallic compounds and metal oxides. Preferably, the metal active material particles 2 consist of one or more selected from the group consisting of metals, metalloids, alloys, intermetallic compounds and metal oxides and impurities. The metal active material particles 2 may further contain other substances. Other substances are, for example, carbonaceous materials.

上述のような化学組成を有する金属活物質粒子2がたとえば、国際公開第2014/034104号(特許文献4)、国際公開第2015/129264号(特許文献5)、国際公開第2015/129265号(特許文献6)、国際公開第2015/129266号(特許文献7)、国際公開第2015/129267号(特許文献8)、国際公開第2015/129270号(特許文献9)、国際公開第2017/200046号(特許文献10)、国際公開第2019/017349号(特許文献11)に開示されている。 The metal active material particles 2 having the above-mentioned chemical composition are, for example, International Publication No. 2014/034104 (Patent Document 4), International Publication No. 2015/129264 (Patent Document 5), International Publication No. 2015/129265 (Patent Document 4). Patent Document 6), International Publication No. 2015/129266 (Patent Document 7), International Publication No. 2015/129267 (Patent Document 8), International Publication No. 2015/129270 (Patent Document 9), International Publication No. 2017/200046 (Patent Document 10) and International Publication No. 2019/017349 (Patent Document 11).

[金属活物質粒子のメジアン径]
金属活物質粒子2のメジアン径(d50)は特に限定されない。金属活物質粒子2のメジアン径(d50)が0.5μm以上であれば、金属活物質粒子2の比表面積が大きくなりすぎるのを抑制できる。そのため、不可逆容量を効果的に抑えることができ、さらに、体積当たり放電容量がさらに向上する。金属活物質粒子2のメジアン径(d50)が50.0μm以下であれば、平坦で薄い電極を製造しやすい。したがって、金属活物質粒子2のメジアン径(d50)は、0.5〜50.0μmであってもよい。金属活物質粒子2のメジアン径(d50)の下限は、より好ましくは1.0μmであり、さらに好ましくは1.5μmである。金属活物質粒子2のメジアン径(d50)の上限は、より好ましくは40.0μmであり、さらに好ましくは20.0μmである。
[Median diameter of metal active material particles]
The median diameter (d50) of the metal active material particles 2 is not particularly limited. When the median diameter (d50) of the metal active material particles 2 is 0.5 μm or more, it is possible to prevent the specific surface area of the metal active material particles 2 from becoming too large. Therefore, the irreversible capacity can be effectively suppressed, and the discharge capacity per volume is further improved. When the median diameter (d50) of the metal active material particles 2 is 50.0 μm or less, it is easy to manufacture a flat and thin electrode. Therefore, the median diameter (d50) of the metal active material particles 2 may be 0.5 to 50.0 μm. The lower limit of the median diameter (d50) of the metal active material particles 2 is more preferably 1.0 μm, still more preferably 1.5 μm. The upper limit of the median diameter (d50) of the metal active material particles 2 is more preferably 40.0 μm, still more preferably 20.0 μm.

[金属活物質粒子のメジアン径の測定方法]
金属活物質粒子2のメジアン径(d50)は次の方法で求める。JIS Z 8825(2013)に準拠して、レーザー回折/散乱式粒度分布計を用いて、レーザー回折散乱法により、金属活物質粒子2のメジアン径(d50)を測定する。測定における分散媒は、アルキルグリコキシドを含む界面活性剤を0.1質量%添加した水とする。分散方法は超音波で5分とする。全ての金属活物質粒子2の体積に対する累積体積が50%になる時の粒径(レーザー回折散乱法による体積平均粒径)を、金属活物質粒子2の平均粒径(メジアン径(d50))とする。
[Measurement method of median diameter of metal active material particles]
The median diameter (d50) of the metal active material particles 2 is determined by the following method. According to JIS Z 8825 (2013), the median diameter (d50) of the metal active material particles 2 is measured by a laser diffraction / scattering method using a laser diffraction / scattering type particle size distribution meter. The dispersion medium in the measurement is water to which 0.1% by mass of a surfactant containing alkyl glycolide is added. The dispersion method is ultrasonic waves for 5 minutes. The particle size when the cumulative volume with respect to the volume of all the metal active material particles 2 becomes 50% (volume average particle size by the laser diffraction scattering method) is the average particle size of the metal active material particles 2 (median diameter (d50)). And.

[結着剤]
電極活物質層1は結着剤を含む。結着剤は、金属活物質粒子2の表面に点在し、金属活物質粒子2同士を結着する。結着剤の種類は特に限定されない。結着剤はたとえば、非水溶性樹脂であって電池の非水電解質に使用される溶媒に不溶な樹脂、水溶性樹脂、及び、スチレンブタジエンラバー(SBR)からなる群から選択される1種又は2種以上である。非水溶性樹脂であって電池の非水電解質に使用される溶媒に不溶な樹脂は、たとえば、ポリイミド(PI)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、及び、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる群から選択される1種又は2種以上である。水溶性樹脂はたとえば、カルボキシメチルセルロース(CMC)及びポリビニルアルコール(PVA)からなる群から選択される1種又は2種以上である。これらの結着剤を2種以上混合して使用してもよい。つまり、結着剤は、ポリイミド(PI)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、及び、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)及びポリビニルアルコール(PVA)からなる群から選択される1種又は2種以上であってもよい。
[Binder]
The electrode active material layer 1 contains a binder. The binder is scattered on the surface of the metal active material particles 2 and binds the metal active material particles 2 to each other. The type of binder is not particularly limited. The binder is, for example, one selected from the group consisting of a water-insoluble resin that is insoluble in the solvent used for the non-aqueous electrolyte of the battery, a water-soluble resin, and styrene-butadiene rubber (SBR). There are two or more types. The solvent-insoluble resins used for the non-aqueous electrolyte of the battery are, for example, polyimide (PI), polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethylmethacrylate (PMMA), and polytetrafluoroethylene. One or more selected from the group consisting of (PTFE). The water-soluble resin is, for example, one or more selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose (CMC) and polyvinyl alcohol (PVA). Two or more of these binders may be mixed and used. That is, the binder is a group consisting of polyimide (PI), polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethylmethacrylate (PMMA), and polytetrafluoroethylene (PTFE), carboxymethyl cellulose (CMC) and polyvinyl alcohol (PVA). It may be one kind or two or more kinds selected from.

好ましくは、結着剤は、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリイミド(PI)及びポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる群から選択される1種又は2種以上である。これらの結着剤は電極密着性に優れるため、電極製造時に、電極活物質層1が集電体からより剥離しにくくなる。 Preferably, the binder is one or more selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose (CMC), polyimide (PI) and polyvinylidene fluoride (PVDF). Since these binders have excellent electrode adhesion, the electrode active material layer 1 is less likely to be peeled off from the current collector during electrode production.

電極活物質層1中の結着剤の含有量は特に限定されない。しかしながら、電極活物質層1中の結着剤の含有量が0.5質量%以上であれば、電極活物質層1の集電体への密着性が安定して高まる。また、電池特性、特に、サイクル特性が安定して高まる。一方、電極活物質層1中の結着剤の含有量が10質量%以下であれば、電極活物質層1の体積抵抗率がより安定して低下する。そのため、非水電解質二次電池の急速充電性がより安定して高まる。したがって、電極活物質層1中の結着剤の含有量は0.5〜10質量%であってもよい。 The content of the binder in the electrode active material layer 1 is not particularly limited. However, when the content of the binder in the electrode active material layer 1 is 0.5% by mass or more, the adhesion of the electrode active material layer 1 to the current collector is stably enhanced. In addition, battery characteristics, especially cycle characteristics, are stably enhanced. On the other hand, when the content of the binder in the electrode active material layer 1 is 10% by mass or less, the volume resistivity of the electrode active material layer 1 decreases more stably. Therefore, the quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery is more stably enhanced. Therefore, the content of the binder in the electrode active material layer 1 may be 0.5 to 10% by mass.

[電極活物質層のその他の成分]
電極活物質層1は、上述の金属活物質粒子2及び結着剤に加え、黒鉛等の他の電極活物質や、カーボンブラック等の導電助剤を含有してもよい。電極活物質層1が、金属活物質粒子2に加えて、黒鉛を含有する場合、電極活物質層1の体積抵抗率が下がる。そのため、電極活物質層1を備える電極の電極抵抗が低下する。この場合、電極活物質層1を備える非水電解質二次電池の急速充電性がさらに高まる。
[Other components of the electrode active material layer]
The electrode active material layer 1 may contain other electrode active materials such as graphite and a conductive auxiliary agent such as carbon black in addition to the metal active material particles 2 and the binder described above. When the electrode active material layer 1 contains graphite in addition to the metal active material particles 2, the volume resistivity of the electrode active material layer 1 decreases. Therefore, the electrode resistance of the electrode provided with the electrode active material layer 1 decreases. In this case, the quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery including the electrode active material layer 1 is further enhanced.

[電極活物質層の厚さ]
電極活物質層1の厚さは特に限定されない。しかしながら、電極活物質層1の厚さが15μm以上であれば、電極活物質の粒径のばらつき及び二次凝集物の生成に起因する塗工むらによる外観不良が抑制される。一方、電極活物質層1の厚さが75μm以下であれば、電極活物質層1の厚さ方向における、Mn+が移動する経路が長くなりすぎない。そのため、Mn+が移動しやすくなり、電極活物質層1の直流抵抗がより安定して高まる。その結果、非水電解質二次電池の急速充電性がより安定して高まる。したがって、電極活物質層1の厚さは、15〜75μmであってもよい。電極活物質層1の厚さの下限は、より好ましくは20μmであり、さらに好ましくは30μmである。電極活物質層1の厚さの上限は、より好ましくは70μmであり、さらに好ましくは55μmである。
[Thickness of electrode active material layer]
The thickness of the electrode active material layer 1 is not particularly limited. However, when the thickness of the electrode active material layer 1 is 15 μm or more, the appearance defect due to the uneven coating due to the variation in the particle size of the electrode active material and the formation of secondary agglomerates can be suppressed. On the other hand, when the thickness of the electrode active material layer 1 is 75 μm or less, the path through which M n + moves in the thickness direction of the electrode active material layer 1 does not become too long. Therefore, M n + becomes easy to move, and the DC resistance of the electrode active material layer 1 increases more stably. As a result, the quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery is more stably enhanced. Therefore, the thickness of the electrode active material layer 1 may be 15 to 75 μm. The lower limit of the thickness of the electrode active material layer 1 is more preferably 20 μm, still more preferably 30 μm. The upper limit of the thickness of the electrode active material layer 1 is more preferably 70 μm, still more preferably 55 μm.

本実施形態において、電極活物質層1は正極活物質層であってもよいし、負極活物質層であってもよい。 In the present embodiment, the electrode active material layer 1 may be a positive electrode active material layer or a negative electrode active material layer.

[電極]
図2は、本実施形態における電極の断面の模式図である。図2を参照して、本実施形態の電極4は、非水電解質二次電池用の電極4であって、上述の電極活物質層1と、金属箔からなる集電体5とを備える。本実施形態において電極4は、正極であってもよいし、負極であってもよい。集電体5の表面に電極活物質層1が形成される。集電体5は、薄膜状又はプレート状であって、電極活物質層1を支持する。集電体5は、金属箔からなる。集電体5はたとえば、Cu、Ni、Niめっき銅及びステンレス等の周知の材料からなる。リチウムイオン二次電池用の電極4の場合、好ましくは、集電体5はCuからなる。Cuは、リチウムと合金を形成しにくく、かつ、成形性に優れるためである。集電体5の厚さはたとえば、10〜20μmである。
[electrode]
FIG. 2 is a schematic view of a cross section of the electrode in this embodiment. With reference to FIG. 2, the electrode 4 of the present embodiment is an electrode 4 for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and includes the above-mentioned electrode active material layer 1 and a current collector 5 made of a metal foil. In the present embodiment, the electrode 4 may be a positive electrode or a negative electrode. The electrode active material layer 1 is formed on the surface of the current collector 5. The current collector 5 has a thin film shape or a plate shape and supports the electrode active material layer 1. The current collector 5 is made of a metal foil. The current collector 5 is made of a well-known material such as Cu, Ni, Ni-plated copper and stainless steel. In the case of the electrode 4 for a lithium ion secondary battery, the current collector 5 is preferably made of Cu. This is because Cu is difficult to form an alloy with lithium and has excellent moldability. The thickness of the current collector 5 is, for example, 10 to 20 μm.

[非水電解質二次電池]
本実施形態の非水電解質二次電池は、上述の電極4を備える。非水電解質二次電池は、上述の電極4と、正極又は負極と、セパレーターと、電解質とを備える。非水電解質二次電池の形状は特に限定されず、円筒形、角形、コイン型、及びシート型であってもよい。非水電解質二次電池は、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、マグネシウムイオン電池、アルミニウムイオン電池、全固体電池、及びリチウム−硫黄電池からなる群から選択されてもよい。
[Non-aqueous electrolyte secondary battery]
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment includes the above-mentioned electrode 4. The non-aqueous electrolyte secondary battery includes the above-mentioned electrode 4, a positive electrode or a negative electrode, a separator, and an electrolyte. The shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery is not particularly limited, and may be cylindrical, square, coin-shaped, or sheet-shaped. The non-aqueous electrolyte secondary battery may be selected from the group consisting of lithium ion batteries, sodium ion batteries, magnesium ion batteries, aluminum ion batteries, all-solid-state batteries, and lithium-sulfur batteries.

電極4を負極として使用する場合、正極は、周知の構成を有すれば足りる。好ましくは、正極は、金属イオンを含有する遷移金属化合物を活物質として含有する。さらに好ましくは、正極は、リチウム(Li)含有遷移金属化合物を活物質として含有する。Li含有遷移金属化合物はたとえば、LiM−xM’、及び/又は、LiMyM’Oである。ここで、式中、0≦x、y≦1であり、M及びM’はそれぞれ、バリウム(Ba)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、鉄(Fe)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、スズ(Sn)、スカンジウム(Sc)及びイットリウム(Y)からなる群から選択される1種又は2種以上である。 When the electrode 4 is used as the negative electrode, the positive electrode need only have a well-known configuration. Preferably, the positive electrode contains a transition metal compound containing a metal ion as an active material. More preferably, the positive electrode contains a lithium (Li) -containing transition metal compound as an active material. Li-containing transition metal compound, for example, LiM 1 -xM 'x O 2 , and / or a LiM 2 yM'O 4. Here, in the formula, 0 ≦ x and y ≦ 1, and M and M ′ are barium (Ba), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), chromium (Cr), and titanium, respectively. 1 selected from the group consisting of Ti), vanadium (V), iron (Fe), zinc (Zn), aluminum (Al), indium (In), tin (Sn), scandium (Sc) and yttrium (Y) 1 Species or two or more species.

本実施形態の非水電解質二次電池は、上記構成を有する正極として、遷移金属カルコゲン化物、バナジウム酸化物及びそのリチウム(Li)化合物、ニオブ酸化物及びそのリチウム化合物、有機導電性物質を用いた共役系ポリマー、シェプレル相化合物、活性炭、及び、活性炭素繊維等、といった他の周知の正極を備えてもよい。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment uses a transition metal chalcogenide, vanadium oxide and its lithium (Li) compound, niobium oxide and its lithium compound, and an organic conductive substance as a positive electrode having the above configuration. Other well-known positive electrodes such as conjugated polymers, sheprell phase compounds, activated charcoal, and activated carbon fibers may be provided.

電解質が電解液である場合、電解液は、支持電解質としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解させた非水系電解液であってもよい。リチウム塩はたとえば、過塩素酸リチウム(LiClO)、ホウフッ化リチウム(LiBF)、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)、LiAsF、LiB(C)、LiCFSO、LiCHSO、Li(CFSO)2N、LiCSO、Li(CFSO、LiCl、LiBr、及び、LiI等であってもよい。これらは、単独で用いられてもよいし、組み合わせて用いられてもよい。有機溶媒は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの炭酸エステル類であってもよい。ただし、カルボン酸エステル、エーテルをはじめとする他の各種の有機溶媒も使用可能である。これらの有機溶媒は、単独で用いられてもよいし、組み合わせて用いられてもよい。電解質が固体電解質である場合、非水電解質二次電池は、たとえば、ポリマー電池、全固体電池等である。 When the electrolyte is an electrolytic solution, the electrolytic solution may be a non-aqueous electrolyte solution in which a lithium salt as a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent. Lithium salts include, for example, lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) , LiAsF 6 , LiB (C 6 H 5 ), LiCF 3 SO 3 , LiCH 3 It may be SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2N, LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 2 SO 2 ) 2 , LiCl, LiBr, LiI or the like. These may be used alone or in combination. The organic solvent may be carbonic acid esters such as propylene carbonate, ethylene carbonate, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate. However, various other organic solvents such as carboxylic acid ester and ether can also be used. These organic solvents may be used alone or in combination. When the electrolyte is a solid electrolyte, the non-aqueous electrolyte secondary battery is, for example, a polymer battery, an all-solid-state battery, or the like.

セパレーターは、正極及び負極の間に設置される。セパレーターは絶縁体としての役割を果たす。セパレーターはさらに、電解質の保持にも大きく寄与する。セパレーターは周知の構成で足りる。セパレーターはたとえば、ポリオレフィン系材質であるポリプロピレン、ポリエチレン、又はその両者の混合物、もしくは、ガラスフィルターなどの多孔体である。 The separator is installed between the positive electrode and the negative electrode. The separator acts as an insulator. The separator also contributes significantly to the retention of the electrolyte. A well-known configuration is sufficient for the separator. The separator is, for example, a polyolefin-based material such as polypropylene, polyethylene, or a mixture thereof, or a porous body such as a glass filter.

[電極活物質層及び電極の製造方法]
本実施形態の電極活物質層1及び電極4の製造方法の一例を説明する。以降に説明する製造方法は、本実施形態の電極活物質層1及び電極4を製造するための一例である。したがって、上述の構成を有する電極活物質層1及び電極4は、以降に説明する製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、以降に説明する製造方法は、本実施形態の電極活物質層1及び電極4の製造方法の好ましい一例である。
[Method for manufacturing electrode active material layer and electrode]
An example of the manufacturing method of the electrode active material layer 1 and the electrode 4 of the present embodiment will be described. The manufacturing method described below is an example for manufacturing the electrode active material layer 1 and the electrode 4 of the present embodiment. Therefore, the electrode active material layer 1 and the electrode 4 having the above-described configuration may be manufactured by a manufacturing method other than the manufacturing methods described below. However, the manufacturing method described below is a preferable example of the manufacturing method of the electrode active material layer 1 and the electrode 4 of the present embodiment.

本実施形態の電極活物質層1及び電極4の製造方法は、金属活物質粒子準備工程と、電極活物質層製造工程とを含む。以下、各工程について説明する。 The method for producing the electrode active material layer 1 and the electrode 4 of the present embodiment includes a metal active material particle preparation step and an electrode active material layer manufacturing step. Hereinafter, each step will be described.

[金属活物質粒子準備工程]
金属活物質粒子準備工程では、金属活物質粒子2を準備する。金属活物質粒子2は、第三者から供給されたものを利用してもよいし、製造してもよい。製造する場合、金属活物質粒子2はたとえば、溶湯を急冷して製造する。溶湯を急冷する方法はたとえば、ロール冷却法、ガスアトマイズ法、回転液中紡糸法、メルトスピニング法等である。
[Metallic active material particle preparation process]
In the metal active material particle preparation step, the metal active material particles 2 are prepared. The metal active material particles 2 may be supplied from a third party or may be manufactured. In the case of production, the metal active material particles 2 are produced by, for example, quenching the molten metal. Examples of the method for rapidly cooling the molten metal include a roll cooling method, a gas atomizing method, a spinning method in a rotating liquid, and a melt spinning method.

好ましくは、金属活物質粒子2は次の方法で製造する。上述の金属活物質粒子2の成分を有する溶湯を製造する。溶湯は、アーク溶解、抵抗加熱溶解等の周知の溶解方法により、原料を溶解して製造する。 Preferably, the metal active material particles 2 are produced by the following method. A molten metal having the above-mentioned components of the metal active material particles 2 is produced. The molten metal is produced by melting the raw materials by a well-known melting method such as arc melting or resistance heating melting.

得られた溶湯を用いて、金属活物質の薄帯を製造する。薄帯の製造方法はたとえば、インゴット鋳造法、ストリップキャスティング法及びメルトスピン法である。 The obtained molten metal is used to produce a strip of metal active material. The method for producing the strip is, for example, an ingot casting method, a strip casting method, and a melt spin method.

生産効率を考慮してたとえば、図3に示す製造装置100を用いて金属薄帯600を製造してもよい。図3は、本実施形態の金属活物質粒子2の製造装置100の一例の模式図である。図3を参照して、製造装置100は、冷却ロール200と、タンディッシュ300と、ブレード部材400とを備える。 In consideration of production efficiency, for example, the metal strip 600 may be manufactured by using the manufacturing apparatus 100 shown in FIG. FIG. 3 is a schematic view of an example of the manufacturing apparatus 100 for the metal active material particles 2 of the present embodiment. With reference to FIG. 3, the manufacturing apparatus 100 includes a cooling roll 200, a tundish 300, and a blade member 400.

冷却ロール200は、外周面を有し、回転しながら外周面上の溶湯500を冷却して凝固させる。冷却ロール200は、駆動源により冷却ロール200の中心軸周りに回転する。図3に示すRDは、冷却ロール200の回転方向である。金属薄帯600を製造する際、冷却ロール200は一定方向RDに回転する。これにより、図3では、冷却ロール200と接触した溶湯500が冷却ロール200の外周面上で一部凝固し、冷却ロール200の回転に伴い移動する。タンディッシュ300は、溶湯500を収納可能であり、冷却ロール200の外周面上に溶湯500を供給する。 The cooling roll 200 has an outer peripheral surface, and while rotating, the molten metal 500 on the outer peripheral surface is cooled and solidified. The cooling roll 200 is rotated around the central axis of the cooling roll 200 by the drive source. The RD shown in FIG. 3 is the rotation direction of the cooling roll 200. When manufacturing the metal strip 600, the cooling roll 200 rotates in a certain direction RD. As a result, in FIG. 3, the molten metal 500 in contact with the cooling roll 200 is partially solidified on the outer peripheral surface of the cooling roll 200 and moves as the cooling roll 200 rotates. The tundish 300 can store the molten metal 500, and supplies the molten metal 500 on the outer peripheral surface of the cooling roll 200.

ブレード部材400は、タンディッシュ300よりも冷却ロール200の回転方向下流に、冷却ロール200の外周面との間に隙間を設けて配置される。ブレード部材400は、タンディッシュ300とは別部材であり、タンディッシュ300から離れて、冷却ロール200の回転方向RDの下流に配置される。ブレード部材400により、冷却ロール200の外周面上の溶湯500の厚さを、冷却ロール200の外周面とブレード部材400との間の隙間の厚さに規制して、金属薄帯600を製造する。溶湯500の厚さをブレード部材400と冷却ロール200との隙間の厚さに制限し、かつ、溶湯500を冷却ロール200とブレード部材400とで冷却する。これにより、溶湯500が急冷され、金属薄帯600が製造される。 The blade member 400 is arranged downstream of the tundish 300 in the rotation direction of the cooling roll 200 with a gap between the blade member 400 and the outer peripheral surface of the cooling roll 200. The blade member 400 is a separate member from the tundish 300, and is arranged downstream of the rotation direction RD of the cooling roll 200, away from the tundish 300. The blade member 400 regulates the thickness of the molten metal 500 on the outer peripheral surface of the cooling roll 200 to the thickness of the gap between the outer peripheral surface of the cooling roll 200 and the blade member 400 to manufacture the metal strip 600. .. The thickness of the molten metal 500 is limited to the thickness of the gap between the blade member 400 and the cooling roll 200, and the molten metal 500 is cooled by the cooling roll 200 and the blade member 400. As a result, the molten metal 500 is rapidly cooled, and the metal strip 600 is manufactured.

製造された金属薄帯600に対してメカニカルアロイング処理(MA処理)を実施して、金属活物質粒子2を製造してもよい。メカニカルアロイング装置はたとえば、高速遊星ミルである。高速遊星ミルの一例は、株式会社栗本鐵工所製の商品名ハイジーBXである。また、MA処理に相当する製造方法であれば特に制約されることなく、例えば、ターブラ シェーカー・ミキサー(株式会社シンマルエンタープライゼス製 T2F型)、小型振動ロッドミル(株式会社 吉田製作所製 1045型)などの従来公知な粉砕装置を使用して金属活物質粒子2を製造しても良い。 The metal active material particles 2 may be produced by performing a mechanical alloying treatment (MA treatment) on the produced metal strip 600. The mechanical alloying device is, for example, a high-speed planetary mill. An example of a high-speed planetary mill is the trade name Heidi BX manufactured by Kurimoto, Ltd. Further, as long as it is a manufacturing method equivalent to MA processing, there are no particular restrictions, for example, a particle shaker mixer (T2F type manufactured by Simmal Enterprises Co., Ltd.), a small vibration rod mill (1045 type manufactured by Yoshida Seisakusho Co., Ltd.), etc. The metal active material particles 2 may be produced by using a conventionally known pulverizer.

[電極活物質層製造工程]
電極活物質層製造工程では、金属活物質粒子2と、結着剤とを用いて、電極活物質層1を形成する。初めに、準備した金属活物質粒子2と、結着剤とを混錬し、電極合剤スラリーを製造する。電極合剤スラリーには、必要に応じて導電助剤、溶媒等を加える。次に、電極合剤スラリーを集電体5上へ塗布し、乾燥させる。さらに、ロールプレスにより電極活物質層1の厚さを調整する。
[Electrode active material layer manufacturing process]
In the electrode active material layer manufacturing process, the electrode active material layer 1 is formed by using the metal active material particles 2 and the binder. First, the prepared metal active material particles 2 and the binder are kneaded to produce an electrode mixture slurry. If necessary, a conductive auxiliary agent, a solvent, or the like is added to the electrode mixture slurry. Next, the electrode mixture slurry is applied onto the current collector 5 and dried. Further, the thickness of the electrode active material layer 1 is adjusted by a roll press.

電極活物質層1が上述の式(1)〜(3)を満たすためには、たとえば次の条件で電極活物質層1を製造する。金属活物質粒子2と、結着剤と、必要に応じて導電助剤、溶媒等が加えられた混合物を、周速15〜35m/sで、30〜60秒間混錬して、電極合剤スラリーを製造する。本実施形態において周速とは、電極合剤スラリーを製造する際に用いる混練機の回転羽の先端の速度をいう。 In order for the electrode active material layer 1 to satisfy the above formulas (1) to (3), for example, the electrode active material layer 1 is manufactured under the following conditions. A mixture of the metal active material particles 2, a binder, and a conductive additive, a solvent, etc., if necessary, is kneaded at a peripheral speed of 15 to 35 m / s for 30 to 60 seconds to prepare an electrode mixture. Produce a slurry. In the present embodiment, the peripheral speed refers to the speed at the tip of the rotary blade of the kneader used when producing the electrode mixture slurry.

電極合剤スラリーが黒鉛を含有しない場合、周速が15m/s未満であれば、金属活物質粒子2の内、粒径の大きい金属活物質粒子2が優先して沈降し、集電体5と電極活物質層1との間に局所的に過剰な空隙が生じる。この場合、電極活物質層1の体積抵抗率が上がり、非水電解質二次電池の急速充電性が低下する。電極合剤スラリーが黒鉛を含有する場合、周速が15m/s未満であれば、金属活物質粒子2と黒鉛とが分離してしまい、金属活物質粒子2が二次凝集体を形成する。金属活物質粒子2の二次凝集体は、電極活物質層1内の空隙を閉塞する。この場合、電極活物質層1の電極透気速度が低下し、非水電解質二次電池の急速充電性が低下する。あるいは、電極活物質層1の密度が適切でなくなる。一方、周速が35m/sを超えれば、混錬中に電極合剤スラリーの温度が上昇してゲル化することにより、金属活物質粒子2が二次凝集体を形成する。この場合、電極活物質層1の電極透気速度が低下し、非水電解質二次電池の急速充電性が低下する。 When the electrode mixture slurry does not contain graphite and the peripheral speed is less than 15 m / s, the metal active material particles 2 having a large particle size preferentially settle among the metal active material particles 2, and the current collector 5 Excessive voids are locally generated between the electrode active material layer 1 and the electrode active material layer 1. In this case, the volume resistivity of the electrode active material layer 1 increases, and the quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery decreases. When the electrode mixture slurry contains graphite and the peripheral speed is less than 15 m / s, the metal active material particles 2 and graphite are separated, and the metal active material particles 2 form secondary aggregates. The secondary aggregate of the metal active material particles 2 closes the voids in the electrode active material layer 1. In this case, the electrode air permeation rate of the electrode active material layer 1 decreases, and the quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery decreases. Alternatively, the density of the electrode active material layer 1 becomes inappropriate. On the other hand, when the peripheral speed exceeds 35 m / s, the temperature of the electrode mixture slurry rises during kneading and gels, so that the metal active material particles 2 form secondary aggregates. In this case, the electrode air permeation rate of the electrode active material layer 1 decreases, and the quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery decreases.

上記電極合剤スラリーの製造において、混錬する時間は30〜60秒である。混錬時間が30秒未満であれば、金属活物質粒子2が沈降し、二次凝集体を形成する。この場合、電極活物質層1の電極透気速度が低下し、さらに、電極活物質層1の体積抵抗率が上がり、非水電解質二次電池の急速充電性が低下する。混錬時間が60秒を超えれば、混錬中に電極合剤スラリーの温度が上昇してゲル化することにより、金属活物質粒子2が二次凝集体を形成する。この場合、電極活物質層1の電極透気速度が低下し、非水電解質二次電池の急速充電性が低下する。 In the production of the electrode mixture slurry, the kneading time is 30 to 60 seconds. If the kneading time is less than 30 seconds, the metal active material particles 2 settle and form secondary aggregates. In this case, the electrode air permeation rate of the electrode active material layer 1 decreases, the volume resistivity of the electrode active material layer 1 increases, and the rapid chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery decreases. If the kneading time exceeds 60 seconds, the temperature of the electrode mixture slurry rises during kneading and gels, so that the metal active material particles 2 form secondary aggregates. In this case, the electrode air permeation rate of the electrode active material layer 1 decreases, and the quick chargeability of the non-aqueous electrolyte secondary battery decreases.

上述の条件で製造した電極合剤スラリーを、集電体5上に塗布して乾燥させる。電極合剤スラリーの塗布は、従来公知の方法により行えばよい。たとえば、卓上塗工機(コントロールコーター(株式会社井元製作所製 7017型))、連続塗工機(ダイコーター、又は、シャッター式ブレードコーターを有する連続塗工機(株式会社ヒラノテクシード製 TM−MC型)を使用して、集電体5上に電極合剤スラリーを塗布及び乾燥できる。コーター部のギャップを調整することで、乾燥前の電極合剤スラリーの厚さを適宜変更できる。結着剤にポリイミドを使用する際には、電極合剤スラリーの乾燥後に、200℃で真空乾燥処理を加えてもよい。 The electrode mixture slurry produced under the above conditions is applied onto the current collector 5 and dried. The electrode mixture slurry may be applied by a conventionally known method. For example, a desktop coating machine (control coater (7017 type manufactured by Imoto Seisakusho Co., Ltd.)), a continuous coating machine (die coater or a continuous coating machine having a shutter type blade coater (TM-MC type manufactured by Hirano Texseed Co., Ltd.)). Can be used to apply and dry the electrode mixture slurry on the current collector 5. By adjusting the gap in the coater portion, the thickness of the electrode mixture slurry before drying can be appropriately changed. When polyimide is used, vacuum drying treatment may be added at 200 ° C. after drying the electrode mixture slurry.

乾燥後の電極合剤スラリーと集電体5とをロールプレスする。ロールプレスは、従来公知の方法により行えばよい。たとえば、ロールプレス装置(株式会社吉田記念製 No.R080802)を使用し、ロールプレスする。ロールのギャップ(厚さ)を調整することで、所定の厚さの電極活物質層1を有する電極4が製造できる。 The dried electrode mixture slurry and the current collector 5 are roll-pressed. The roll press may be performed by a conventionally known method. For example, a roll press device (No. R080802 manufactured by Yoshida Memorial Co., Ltd.) is used for roll pressing. By adjusting the roll gap (thickness), the electrode 4 having the electrode active material layer 1 having a predetermined thickness can be manufactured.

以上の工程により、本実施形態の電極活物質層1、及び、本実施形態の電極4が製造できる。 Through the above steps, the electrode active material layer 1 of the present embodiment and the electrode 4 of the present embodiment can be manufactured.

[非水電解質二次電池の製造方法]
上述の電極4を有する非水電解質二次電池は、周知の方法により製造される。上述の電極4(負極又は正極)とセパレーターとを積層した積層物を製造する。積層物をケースに収め、電池を製造する。
[Manufacturing method of non-aqueous electrolyte secondary battery]
The non-aqueous electrolyte secondary battery having the above-mentioned electrode 4 is manufactured by a well-known method. A laminate in which the above-mentioned electrode 4 (negative electrode or positive electrode) and a separator are laminated is manufactured. The laminate is placed in a case to manufacture the battery.

実施例により、本実施形態の電極活物質層の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の電極活物質層の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の電極活物質層はこの一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。 The effect of the electrode active material layer of the present embodiment will be described more specifically by way of examples. The conditions in the following examples are one condition example adopted for confirming the feasibility and effect of the electrode active material layer of the present embodiment. Therefore, the electrode active material layer of the present embodiment is not limited to this one condition example. The present invention may adopt various conditions as long as the gist of the present invention is not deviated and the object of the present invention is achieved.

表1に示す化学組成の金属活物質粒子を、以下のとおり準備した。 The metal active material particles having the chemical compositions shown in Table 1 were prepared as follows.

Figure 2021150111
Figure 2021150111

金属活物質粒子が表1に示す各合金番号の化学組成となるように、溶湯を準備した。溶湯温度を1400℃に保持した。その後、1400℃の溶湯を、ストリップキャスティング法により急冷して、75μmの厚さの金属薄帯を鋳造した。ストリップキャスティングでは、図3に示す製造装置100を用いた。具体的には、水冷式の銅製の冷却ロール200を用いた。冷却ロール200の回転速度をロール表面の周速度で300m/分とした。アルゴン雰囲気中で上述の溶湯500を、水平型タンディッシュ300(アルミナ製)を介して、回転する冷却ロール200に供給した。溶湯500を回転する冷却ロール200の表面に載せ、冷却ロール200とブレード部材400との間に挟むことにより、溶湯500を急冷凝固した。ブレード部材400と冷却ロール200との隙間の幅は80μmであった。ブレード部材400はアルミナ製であった。 The molten metal was prepared so that the metal active material particles had the chemical composition of each alloy number shown in Table 1. The molten metal temperature was maintained at 1400 ° C. Then, the molten metal at 1400 ° C. was rapidly cooled by a strip casting method to cast a metal strip having a thickness of 75 μm. In strip casting, the manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 3 was used. Specifically, a water-cooled copper cooling roll 200 was used. The rotation speed of the cooling roll 200 was set to 300 m / min at the peripheral speed of the roll surface. The above-mentioned molten metal 500 was supplied to the rotating cooling roll 200 via the horizontal tundish 300 (made of alumina) in an argon atmosphere. The molten metal 500 was rapidly cooled and solidified by placing the molten metal 500 on the surface of the rotating cooling roll 200 and sandwiching the molten metal 500 between the cooling roll 200 and the blade member 400. The width of the gap between the blade member 400 and the cooling roll 200 was 80 μm. The blade member 400 was made of alumina.

得られた金属薄帯600に対してさらに、粉砕処理を実施し、複数の凸部を有する金属活物質粒子を製造した。粉砕処理には、高速遊星ミル(株式会社栗本鐵工所製、商品名ハイジーBX)を用いた。金属活物質粒子の粒径を制御するため、次のとおり、粉砕時間を調整した。回転数は500rpmとした。粉砕後さらに、ステンレス製の篩を使用して粒径が以下の粒径を超える粗大な粗粉を除去した。 The obtained metal strip 600 was further subjected to a pulverization treatment to produce metal active material particles having a plurality of convex portions. A high-speed planetary mill (manufactured by Kurimoto, Ltd., trade name HIZY BX) was used for the crushing treatment. In order to control the particle size of the metal active material particles, the grinding time was adjusted as follows. The rotation speed was 500 rpm. After pulverization, a stainless steel sieve was used to remove coarse coarse powder having a particle size exceeding the following particle size.

具体的には、試験番号1〜8、11〜15、17及び19では、粉砕時間を5時間とした。さらに、目開きが45μmの篩を用いた。その結果、試験番号1〜8、11〜15、17及び19の金属活物質粒子のメジアン径d50は2.0μmであった。試験番号9、10及び18では、粉砕時間を1時間とした。さらに、目開きが75μmの篩を用いた。その結果、試験番号9、10及び18の金属活物質粒子のメジアン径d50は10.0μmであった。表2の「合金粒径(μm)」の欄に、各試験番号の金属活物質粒子のメジアン径d50(μm)を示す。 Specifically, in test numbers 1 to 8, 11 to 15, 17 and 19, the crushing time was set to 5 hours. Further, a sieve having an opening of 45 μm was used. As a result, the median diameter d50 of the metal active material particles of test numbers 1 to 8, 11 to 15, 17 and 19 was 2.0 μm. In test numbers 9, 10 and 18, the crushing time was set to 1 hour. Further, a sieve having a mesh opening of 75 μm was used. As a result, the median diameter d50 of the metal active material particles of test numbers 9, 10 and 18 was 10.0 μm. The median diameter d50 (μm) of the metal active material particles of each test number is shown in the “Alloy particle size (μm)” column of Table 2.

なお、各試験番号の活物質粒子の平均粒径は次の方法で測定した。平均粒径の測定には、JIS Z 8825(2013)に準拠したレーザー回折散乱法を採用した。測定における分散媒は、アルキルグリコキシドを含んだ界面活性剤を0.1質量%添加した水とした。分散方法は超音波で5分とした。全ての金属活物質粒子の体積に対する累積体積が50%になる時の粒径(レーザー回折散乱法による体積平均粒径)を、金属活物質粒子の平均粒径(メジアン径(d50))とした。 The average particle size of the active material particles of each test number was measured by the following method. A laser diffraction / scattering method based on JIS Z 8825 (2013) was adopted for the measurement of the average particle size. The dispersion medium in the measurement was water to which 0.1% by mass of a surfactant containing alkyl glycolide was added. The dispersion method was ultrasonic waves for 5 minutes. The particle size (volume average particle size by laser diffraction scattering method) when the cumulative volume with respect to the volume of all metal active material particles becomes 50% was defined as the average particle size (median diameter (d50)) of the metal active material particles. ..

[電極合剤スラリーの製造]
各試験番号において、表2に示す条件で電極合剤スラリーを製造した。
[Manufacturing of electrode mixture slurry]
For each test number, an electrode mixture slurry was produced under the conditions shown in Table 2.

Figure 2021150111
Figure 2021150111

水系スラリー用混合物:試験番号2〜8、11、13及び15〜19
金属活物質粒子と、黒鉛粒子と、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)と、結着剤としてのスチレンブタジエンラバー(SBR)(2倍希釈液)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、以下に示す混合比で混合した混合物を製造した。
Mixtures for aqueous slurries: test numbers 2-8, 11, 13 and 15-19
Metal active material particles, graphite particles, acetylene black (AB) as a conductive auxiliary agent, styrene butadiene rubber (SBR) (2-fold diluted solution) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener. ) And were mixed at the mixing ratio shown below to produce a mixture.

黒鉛粒子として、伊藤黒鉛工業株式会社製のSG−BH(平均粒径20μm)を用いた。アセチレンブラックとして、デンカ株式会社製のHS−100を用いた。スチレンブタジエンラバーとして、JSR株式会社製のTRD2001を用いた。カルボキシメチルセルロースとして、ダイセルファインケム株式会社製の製品番号2200を用いた。混合比(固形分比)は、以下の通りとした。活物質(金属活物質粒子及び黒鉛):アセチレンブラック:スチレンブタジエンラバー:カルボキシメチルセルロース=97:1:1:1 As the graphite particles, SG-BH (average particle size 20 μm) manufactured by Ito Graphite Industry Co., Ltd. was used. HS-100 manufactured by Denka Corporation was used as acetylene black. TRD2001 manufactured by JSR Corporation was used as the styrene-butadiene rubber. As carboxymethyl cellulose, product number 2200 manufactured by Daicel FineChem Co., Ltd. was used. The mixing ratio (solid content ratio) was as follows. Active material (metal active material particles and graphite): Acetylene black: Styrene butadiene rubber: Carboxymethyl cellulose = 97: 1: 1: 1

有機溶剤系スラリー用混合物:試験番号1、9、10、12及び14
金属活物質粒子と、黒鉛粒子と、導電助剤としてのカーボンブラックと、結着剤としてのポリイミド及びポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、以下に示す混合比で混合した混合物を製造した。
Mixtures for organic solvent-based slurries: test numbers 1, 9, 10, 12 and 14
A mixture of metal active material particles, graphite particles, carbon black as a conductive auxiliary agent, polyimide as a binder, and polyvinylidene fluoride (PVDF) at the mixing ratio shown below was produced.

黒鉛粒子として、伊藤黒鉛工業株式会社製のSG−BH(平均粒径20μm)を用いた。カーボンブラックとして、Imerys Graphite&Carbon社製のSuperC65を用いた。ポリイミドとして、株式会社IST製のDREAM BONDを用いた。ポリフッ化ビニリデンとして、株式会社クレハ製のKFポリマーW♯9100を用いた。 As the graphite particles, SG-BH (average particle size 20 μm) manufactured by Ito Graphite Industry Co., Ltd. was used. As carbon black, Super C65 manufactured by Imerys Graphite & Carbon was used. As the polyimide, DREAM BOND manufactured by IST Co., Ltd. was used. As the polyvinylidene fluoride, KF polymer W # 9100 manufactured by Kureha Corporation was used.

試験番号1、9、10及び14では、混合比(固形分比)は、以下の通りとした。
活物質(金属活物質粒子及び黒鉛):カーボンブラック:ポリイミド:ポリフッ化ビニリデン=92:1:5:2
試験番号12では、混合比(固形分比)は、以下の通りとした。
活物質(金属活物質粒子及び黒鉛):カーボンブラック:ポリイミド:ポリフッ化ビニリデン=99.5:0:0.5:0
In test numbers 1, 9, 10 and 14, the mixing ratio (solid content ratio) was as follows.
Active Material (Metal Active Material Particles and Graphite): Carbon Black: Polyimide: Polyvinylidene Fluoride = 92: 1: 5: 2
In test number 12, the mixing ratio (solid content ratio) was as follows.
Active Material (Metal Active Material Particles and Graphite): Carbon Black: Polyimide: Polyvinylidene Fluoride = 99.5: 0: 0.5: 0

混錬機を用いて、上記水系スラリー用混合物には蒸留水を、上記有機溶剤系スラリー用混合物にはN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を加え、混錬して負極合剤スラリーを製造した。各混合物に加える蒸留水、又は、NMPの量は、スラリーの粘度が2000〜4000mPa・sになるように調整した。混練機は、プライミクス株式会社製薄膜旋回型高速ミキサー(製品名:フィルミックス40−40型)を用いた。なお、試験番号15のみ、プライミクス株式会社製のプラネタリーミクサー(製品名:T.K.ハイビスミックス)を用いた。混練機の回転羽の先端の速度(周速)、及び、混錬時間は表2のとおりとした。 Using a kneader, distilled water is added to the mixture for the aqueous slurry, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is added to the mixture for the organic solvent slurry, and the mixture is kneaded to produce a negative mixture slurry. bottom. The amount of distilled water or NMP added to each mixture was adjusted so that the viscosity of the slurry was 2000 to 4000 mPa · s. As the kneader, a thin film swirl type high-speed mixer (product name: Philmix 40-40 type) manufactured by Primix Corporation was used. A planetary mixer (product name: TK Hibismix) manufactured by Primix Corporation was used only for test number 15. Table 2 shows the speed (peripheral speed) of the tip of the rotary blade of the kneader and the kneading time.

[電極の製造]
製造した電極合剤スラリーを、アプリケータ(75μm)を用いて21μm厚の電解銅箔の片面に塗布し、100℃で20分間乾燥させた。乾燥後の銅箔は、表面に電極活物質層の塗膜を有した。試験番号1、9、10、12及び14の有機溶剤系スラリー用混合物はポリイミドバインダーを含む。そのため、試験番号1、9、10、12及び14では、電極合剤スラリーの乾燥後、さらに減圧乾燥条件下にて200℃、2時間熱処理した。熱処理後の銅箔は、表面に電極活物質層の塗膜を有した。電極活物質層が形成された銅箔に対して打ち抜き加工を実施して、直径13mmの円板状の銅箔を製造した。打ち抜き加工後の銅箔を、表2に示す電極密度になるようにロールプレスで押圧して、板状の電極を製造した。得られた電極活物質層の厚さは50μmであった。
[Manufacturing of electrodes]
The produced electrode mixture slurry was applied to one side of a 21 μm-thick electrolytic copper foil using an applicator (75 μm), and dried at 100 ° C. for 20 minutes. The dried copper foil had a coating film of an electrode active material layer on the surface. Mixtures for organic solvent-based slurries of test numbers 1, 9, 10, 12 and 14 contain a polyimide binder. Therefore, in Test Nos. 1, 9, 10, 12 and 14, the electrode mixture slurry was dried and then heat-treated at 200 ° C. for 2 hours under reduced pressure drying conditions. The copper foil after the heat treatment had a coating film of an electrode active material layer on the surface. The copper foil on which the electrode active material layer was formed was punched to produce a disk-shaped copper foil having a diameter of 13 mm. The punched copper foil was pressed with a roll press so as to have the electrode densities shown in Table 2 to produce a plate-shaped electrode. The thickness of the obtained electrode active material layer was 50 μm.

電極活物質層の密度は、以下の式を用いて算出した。
電極活物質層の密度=(電極活物質層重量)(g)/(電極板面積×電極活物質層の厚さ)(cm
なお、電極活物質層重量(g)は、電極板の重量から金属箔の重量を引いて求めた。電極板の面積は、打抜き器の直径である。電極活物質層の厚さ(cm)は、マイクロメーターを用いて測定した電極板の厚さから金属箔の厚さを引いて求めた。
The density of the electrode active material layer was calculated using the following formula.
Density of electrode active material layer = (electrode active material layer weight) (g) / (electrode plate area x electrode active material layer thickness) (cm 3 )
The weight of the electrode active material layer (g) was obtained by subtracting the weight of the metal foil from the weight of the electrode plate. The area of the electrode plate is the diameter of the punch. The thickness (cm) of the electrode active material layer was obtained by subtracting the thickness of the metal foil from the thickness of the electrode plate measured using a micrometer.

[電極透気速度測定試験]
各試験番号の電極活物質層の電極透気速度を、ガーレー式デンソメーター(株式会社東洋精機製作所製)を用いて測定した。電極から銅箔をエッチング又はピンセットで剥離することにより除去し、電極活物質層(自立膜)を得た。得られた電極活物質層について、電極透気速度を求めた。具体的には、上記ガーレー式デンソメーターを用い、内筒重量(圧力)567±0.5g、透過面積28.3mm(直径6mm)、透過空気量25mLとして、電極活物質層の厚さ方向に、電極活物質層を空気が通過する時間を測定した。測定の際には2枚の多孔質Ni(200μmメッシュ)で電極活物質層を挟み込んでから測定した。得られた空気の通過時間から、次のとおり電極透気速度を算出した。各試験番号の電極活物質層の電極透気速度を表2に示す。
電極透気速度(μm/s)=電極活物質層の厚さ(μm)/空気の通過時間(s)
[Electrode air permeability measurement test]
The electrode air permeation rate of the electrode active material layer of each test number was measured using a Garley type densometer (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.). The copper foil was removed from the electrode by etching or peeling with tweezers to obtain an electrode active material layer (self-supporting film). The electrode air permeation rate of the obtained electrode active material layer was determined. Specifically, using the Garley type densometer, the inner cylinder weight (pressure) is 567 ± 0.5 g, the permeation area is 28.3 mm 2 (diameter 6 mm), and the permeation air volume is 25 mL, in the thickness direction of the electrode active material layer. In addition, the time for air to pass through the electrode active material layer was measured. At the time of measurement, the electrode active material layer was sandwiched between two porous Ni (200 μm mesh) before the measurement. From the passing time of the obtained air, the electrode air permeability was calculated as follows. Table 2 shows the electrode air permeation rate of the electrode active material layer of each test number.
Electrode air permeation rate (μm / s) = thickness of electrode active material layer (μm) / air passage time (s)

[体積抵抗率測定試験]
各試験番号の電極活物質層の体積抵抗率を、電極抵抗測定システム(日置電機株式会社製、製品名:RM2610)を用いて測定した。予め、集電体の体積抵抗率及び厚さ、並びに電極活物質層1の厚さを電極抵抗測定システムに入力した。測定プローブを電極活物質層1に接触させ、その後、電極活物質層1の表面から定電流を印加することにより、電極活物質層1の体積抵抗率を算出した。集電体の体積抵抗率は、周知の四探針法を用いて測定した。集電体の厚さは、マイクロメーターを使用して測定した。電極活物質層1の厚さは、電極厚さと集電体の厚さとの差として得た。電極抵抗測定器の測定条件は、測定スピード:MEDIUM、レンジ:AUTOレンジとした。各試験番号の電極活物質層の体積抵抗率を表2に示す。
[Volume resistivity measurement test]
The volume resistivity of the electrode active material layer of each test number was measured using an electrode resistance measuring system (manufactured by Hioki Electric Co., Ltd., product name: RM2610). In advance, the volume resistivity and thickness of the current collector and the thickness of the electrode active material layer 1 were input to the electrode resistance measurement system. The volume resistivity of the electrode active material layer 1 was calculated by bringing the measurement probe into contact with the electrode active material layer 1 and then applying a constant current from the surface of the electrode active material layer 1. The volume resistivity of the current collector was measured using a well-known four-probe method. The thickness of the current collector was measured using a micrometer. The thickness of the electrode active material layer 1 was obtained as the difference between the electrode thickness and the thickness of the current collector. The measurement conditions of the electrode resistance measuring instrument were: measurement speed: MEDIUM and range: AUTO range. Table 2 shows the volume resistivity of the electrode active material layer of each test number.

[評価試験]
[電極の体積当たり放電容量測定試験]
各試験番号の電極について、体積エネルギー密度の評価の指標として、体積当たり放電容量を測定した。
[Evaluation test]
[Discharge capacity measurement test per electrode volume]
For the electrodes of each test number, the discharge capacity per volume was measured as an index for evaluating the volumetric energy density.

[コインセルの作製(体積当たり放電容量測定用)]
各試験番号の電極、対極、電解液及びセパレーターを用いて、コイン型の非水試験セルを製造した。各試験番号の電極は負極として使用した。対極には、Li金属箔を使用した。電解液として、非水溶液を用いた。非水溶液は、支持電解質としてのLiPFを、濃度が1Mになるよう、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=1:3(体積比)の混合溶媒に溶解して作製した。セパレーターとしてポリオレフィン製セパレータ(φ19mm)を用いた。セパレーターの両側に、負極及び対極のリチウム金属箔を、電解液が入ったステンレス製コインセル内に配置した。なお、対極Liでの評価においては、本来、黒鉛負極電極へのLiのドープは放電として扱われる。しかしながら、本実施例では負極材料を評価するため、以下ことわりのない「充電容量」はドープ側、「放電容量」とは脱ドープ側の容量を意味する。
[Making coin cells (for measuring discharge capacity per volume)]
A coin-shaped non-aqueous test cell was manufactured using the electrodes, counter electrodes, electrolyte and separator of each test number. The electrodes of each test number were used as negative electrodes. Li metal foil was used as the counter electrode. A non-aqueous solution was used as the electrolytic solution. The non-aqueous solution was prepared by dissolving LiPF 6 as a supporting electrolyte in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) = 1: 3 (volume ratio) so as to have a concentration of 1 M. A polyolefin separator (φ19 mm) was used as the separator. Lithium metal foils of the negative electrode and the counter electrode were placed on both sides of the separator in a stainless steel coin cell containing an electrolytic solution. In the evaluation with the counter electrode Li, the doping of Li to the graphite negative electrode is originally treated as a discharge. However, in this embodiment, since the negative electrode material is evaluated, the “charge capacity” and the “discharge capacity”, which are not specified below, mean the capacity on the doping side and the “discharge capacity” means the capacity on the dedoping side.

[体積当たり放電容量の測定]
株式会社エレクトロフィールド製の充放電装置を用い、以下の通り、体積当たり放電容量を求めた。なお、測定時の温度は室温(23℃)で測定した。対極に対して電位差0.005Vになるまで、0.1Cの電流値でコイン型非水試験セルに対して定電流充電を行った。その後、0.005Vを保持したまま、0.05Cになるまで、定電圧で対極に対して充電を続け、充電容量を測定した。次に、0.1Cの電流値で、電位差1.5Vになるまで放電を行い、放電容量を測定した。体積当たり放電容量[mAh/cm]は、(初回充電容量[mAh/g])×(電極密度[g/cm])として、算出した。
[Measurement of discharge capacity per volume]
Using a charging / discharging device manufactured by Electrofield Co., Ltd., the discharge capacity per volume was determined as follows. The temperature at the time of measurement was measured at room temperature (23 ° C.). The coin-type non-aqueous test cell was constantly charged with a current value of 0.1 C until the potential difference was 0.005 V with respect to the counter electrode. Then, while maintaining 0.005 V, charging was continued with respect to the counter electrode at a constant voltage until the voltage reached 0.05 C, and the charge capacity was measured. Next, with a current value of 0.1 C, discharge was performed until the potential difference became 1.5 V, and the discharge capacity was measured. The discharge capacity [mAh / cm 3 ] per volume was calculated as (initial charge capacity [mAh / g]) × (electrode density [g / cm 3]).

[電極の直流抵抗測定試験]
各試験番号の電極について、急速充電性の評価の指標として、直流抵抗を測定した。本測定試験において、各試験番号の電極は、負極として使用した。
[DC resistance measurement test of electrodes]
For the electrodes of each test number, the DC resistance was measured as an index for evaluating the quick chargeability. In this measurement test, the electrodes of each test number were used as the negative electrode.

[正極の製造]
正極活物質材料には、Co−Ni−Mnのリチウム複合酸化物系のNMC111(日本化学工業株式会社製、組成:LiNi1/3Co1/3Mn1/3)を使用した。正極は以下のとおり製造した。正極活物質材料(粉末)92質量部に対して、3質量部のKS6粉末(Imerys Graphite&Carbon社製)、1質量部のSuper C65粉末(Imeryis Graphite&Carbon社製)を混合して混合物を作製した。さらに混合物に4質量部のPVDF分散液を添加した後に攪拌し、正極合剤スラリーを調製した。
[Manufacturing of positive electrode]
As the positive electrode active material, Co—Ni—Mn lithium composite oxide-based NMC111 (manufactured by Nippon Chemical Industrial Co., Ltd., composition: LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) was used. The positive electrode was manufactured as follows. A mixture was prepared by mixing 3 parts by mass of KS6 powder (manufactured by Imerys Graphite & Carbon) and 1 part by mass of Super C65 powder (manufactured by Imeryis Graphite & Carbon) with 92 parts by mass of the positive electrode active material (powder). Further, 4 parts by mass of the PVDF dispersion was added to the mixture and then stirred to prepare a positive electrode mixture slurry.

正極合剤スラリーを、アプリケーター(ギャップ厚み150μm)を用いて20μm厚のアルミ箔の片面上に塗布し、乾燥させて塗膜を形成した。アルミ箔上の正極活物質の塗布量は10mg/cmであった。この塗膜を、直径13mmの大きさのポンチを用いて打ち抜き、ペレットを得た。プレス成形機を用いてペレットを加圧して正極を製造した。電極密度は2.8g/cmとなるように調整した。なお、アルミ箔上の塗布量を制御する目的でアプリケーターのギャップ厚みを変動させても良い。 The positive electrode mixture slurry was applied on one side of a 20 μm thick aluminum foil using an applicator (gap thickness 150 μm) and dried to form a coating film. The amount of the positive electrode active material applied on the aluminum foil was 10 mg / cm 2 . This coating film was punched out using a punch having a diameter of 13 mm to obtain pellets. A positive electrode was produced by pressurizing the pellets using a press molding machine. The electrode density was adjusted to 2.8 g / cm 3. The gap thickness of the applicator may be varied for the purpose of controlling the coating amount on the aluminum foil.

[ラミネートセルの作製]
負極は初回充放電効率評価で使用した同じ負極を使用した。負極は2.5cm×2.5cm、正極は2.3cm×2.3cmになるように電極を切り出し、負極と正極の間に2枚のセパレータ(セルガード2100)を挟みこんだ。その2枚のセパレーター間にアルミ線(0.25mmφ)を設置した。
[Preparation of laminated cell]
As the negative electrode, the same negative electrode used in the initial charge / discharge efficiency evaluation was used. The electrodes were cut out so that the negative electrode had a size of 2.5 cm × 2.5 cm and the positive electrode had a size of 2.3 cm × 2.3 cm, and two separators (cell guard 2100) were sandwiched between the negative electrode and the positive electrode. An aluminum wire (0.25 mmφ) was installed between the two separators.

[ラミネートセル前処理(直流抵抗算出前の事前処理)]
反応抵抗を算出する事前処理として室温(23℃)でラミネートセルに充電率(State Оf Charge:SOC)が50%になるように充放電試験を実施した。充放電装置は株式会社エレクトロフィールド製の充放電装置を用いた。具体的な処理方法を以下に記す。0.1Cで4.2Vまで定電流充電後、4.2Vで電流値が0.05Cになるまで定電位充電した。続いて、0.1Cで3.0Vまで定電流放電した。上記充電/放電を2サイクル繰り返した。さらにその後、SOCが50%となるように定電流充電させた。
[Laminate cell pretreatment (pretreatment before DC resistance calculation)]
As a pretreatment for calculating the reaction resistance, a charge / discharge test was carried out on the laminated cell at room temperature (23 ° C.) so that the charge rate (System Of Charge: SOC) was 50%. As the charging / discharging device, a charging / discharging device manufactured by Electrofield Co., Ltd. was used. The specific processing method is described below. After constant current charging at 0.1 C to 4.2 V, constant potential charging was performed at 4.2 V until the current value reached 0.05 C. Subsequently, a constant current was discharged to 3.0 V at 0.1 C. The above charging / discharging was repeated for 2 cycles. After that, it was charged with a constant current so that the SOC became 50%.

[参照極の作成]
前処理したラミネートセルについて、正極と参照極とを端子で繋ぎ、Al線にLiを合金化させた。具体的には0.03mAの定電流充電で0.3mAhの電気量となるように充電させLiAl合金線とした。
[Create reference pole]
For the pretreated laminated cell, the positive electrode and the reference electrode were connected by terminals, and Li was alloyed with the Al wire. Specifically, it was charged with a constant current charge of 0.03 mA so that the amount of electricity was 0.3 mAh to obtain a LiAl alloy wire.

[直流抵抗の測定]
直流抵抗は、パルス充放電により生ずる負極の抵抗に相当する抵抗成分として算出した。パルス充放電測定にはsolartron analytical社製の製品名modulabを使用した。電気化学セルの構造は3電極式ラミネートセルを用い、負極に各試験番号の電極、対極にCo−Ni−Mnのリチウム複合酸化物系のNMC111(日本化学工業株式会社製、組成:LiNi1/3Co1/3Mn1/3)、参照極にLiAl線を使用して測定した。電解液には、非水溶液を用いた。非水溶液は、支持電解質としてのLiPFを、濃度が1Mになるよう、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=1:3(体積比)の混合溶媒に溶解して作製した。なお、反応抵抗は負極−参照極間を端子で繋ぎ、直流抵抗測定することで負極のみの抵抗を算出した。なお、測定は恒温槽内で実施し、反応温度を−10℃として測定した。前処理、参照極の作製が完了したラミネートセルを恒温槽内で−10℃の設定温度で3時間以上保持した。その後、solartron analytical社製の製品名modulabを使用して直流抵抗測定した。この際、負極を作用極として負極−参照極間の直流抵抗を測定した。測定条件は、電流値を10Cとして、0.1秒後と、20秒後の差分の電圧ΔVを算出し、引加した電流値(10C)で除すことで算出した。各試験番号の電極の直流抵抗を表2に示す。
[Measurement of DC resistance]
The DC resistance was calculated as a resistance component corresponding to the resistance of the negative electrode generated by pulse charging / discharging. The product name modulab manufactured by solartron analog was used for the pulse charge / discharge measurement. The structure of the electrochemical cell uses a 3-electrode laminated cell, the negative electrode is the electrode of each test number, and the counter electrode is the Co-Ni-Mn lithium composite oxide-based NMC111 (manufactured by Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd., composition: LiNi 1 /). 3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), measured using a LiAl wire for the reference electrode. A non-aqueous solution was used as the electrolytic solution. The non-aqueous solution was prepared by dissolving LiPF 6 as a supporting electrolyte in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) = 1: 3 (volume ratio) so as to have a concentration of 1 M. As for the reaction resistance, the resistance of only the negative electrode was calculated by connecting the negative electrode and the reference electrode with a terminal and measuring the DC resistance. The measurement was carried out in a constant temperature bath, and the reaction temperature was set to −10 ° C. The laminated cell for which the pretreatment and the preparation of the reference electrode were completed was held in a constant temperature bath at a set temperature of −10 ° C. for 3 hours or more. Then, the DC resistance was measured using the product name modulab manufactured by solartron analog. At this time, the DC resistance between the negative electrode and the reference electrode was measured with the negative electrode as the working electrode. The measurement conditions were calculated by setting the current value to 10C, calculating the voltage ΔV of the difference between 0.1 seconds and 20 seconds later, and dividing by the added current value (10C). Table 2 shows the DC resistance of the electrodes of each test number.

[評価結果]
表1及び表2を参照して、試験番号1〜10の電極活物質層は、30.0〜80.0質量%のCuを含有し、金属イオンを吸蔵及び/又は放出する金属活物質粒子を5.0質量%超〜99.0質量%と、結着剤とを含有した。試験番号1〜10の電極活物質層はさらに、上述の式(1)〜(3)を満たした。その結果、試験番号1〜10の電極活物質層を備える電極は、体積当たり放電容量が650mAh/cm以上となった。試験番号1〜10の電極活物質層を備える電極はさらに、直流抵抗が20Ω以下となった。すなわち、試験番号1〜10の電極活物質層を備える電極を備える非水電解質二次電池は、高容量と急速充電性とを両立できた。
[Evaluation results]
With reference to Tables 1 and 2, the electrode active material layers of test numbers 1 to 10 contain 30.0 to 80.0% by mass of Cu and are metal active material particles that occlude and / or release metal ions. Was contained in an amount of more than 5.0% by mass to 99.0% by mass and a binder. The electrode active material layers of test numbers 1 to 10 further satisfied the above formulas (1) to (3). As a result, the electrodes provided with the electrode active material layers of test numbers 1 to 10 had a discharge capacity of 650 mAh / cm 3 or more per volume. The electrodes provided with the electrode active material layers of test numbers 1 to 10 further had a DC resistance of 20 Ω or less. That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery provided with the electrodes provided with the electrode active material layers of test numbers 1 to 10 was able to achieve both high capacity and quick chargeability.

試験番号2〜4及び8の電極活物質層は、金属活物質粒子に加え、黒鉛を含有した。そのため、試験番号2〜4及び8の電極活物質層を備える電極は、同じ化学組成(合金番号1)の金属活物質粒子を使用した試験番号1及び9の電極活物質層を備える電極と比較して、直流抵抗が低かった。 The electrode active material layers of Test Nos. 2 to 4 and 8 contained graphite in addition to the metal active material particles. Therefore, the electrodes having the electrode active material layers of test numbers 2 to 4 and 8 are compared with the electrodes having the electrode active material layers of test numbers 1 and 9 using metal active material particles having the same chemical composition (alloy number 1). Then, the DC resistance was low.

一方、試験番号11の電極活物質層は、金属活物質粒子の含有量が低すぎた。そのため、試験番号11の電極活物質層を備える電極の体積当たり放電容量は550mAh/cmと低すぎた。 On the other hand, the electrode active material layer of Test No. 11 contained too low a metal active material particle. Therefore, the discharge capacity per volume of the electrode provided with the electrode active material layer of Test No. 11 was 550 mAh / cm 3, which was too low.

試験番号12の電極活物質層は、金属活物質粒子の含有量が高すぎた。そのため、金属活物質粒子の電極密着性が低下し、適切な電極活物質層の製造ができなかった。試験番号12では、各種試験ができなかった。 The electrode active material layer of Test No. 12 contained too high a metal active material particle. Therefore, the electrode adhesion of the metal active material particles is lowered, and an appropriate electrode active material layer cannot be produced. At test number 12, various tests could not be performed.

試験番号13の電極活物質層は、金属活物質粒子のCu含有量が85.0質量%と多すぎた。そのため、試験番号13の電極活物質層を備える電極の体積当たり放電容量は648mAh/cmと低すぎた。 In the electrode active material layer of Test No. 13, the Cu content of the metal active material particles was as high as 85.0% by mass. Therefore, the discharge capacity per volume of the electrode provided with the electrode active material layer of Test No. 13 was 648 mAh / cm 3, which was too low.

試験番号14の電極活物質層は、体積抵抗率Rが120.000Ω・cmと高すぎた。そのため、試験番号14の電極活物質層を備える電極の直流抵抗は24Ωと高すぎた。 The electrode active material layer of test number 14 had a volume resistivity R of 120.000 Ω · cm, which was too high. Therefore, the DC resistance of the electrode provided with the electrode active material layer of Test No. 14 was as high as 24Ω.

試験番号15の電極活物質層は、電極透気速度Tが0.05μm/sと低すぎた。そのため、試験番号15の電極活物質層を備える電極の直流抵抗は26Ωと高すぎた。 The electrode active material layer of Test No. 15 had an electrode air permeability T of 0.05 μm / s, which was too low. Therefore, the DC resistance of the electrode provided with the electrode active material layer of Test No. 15 was as high as 26Ω.

試験番号16の電極活物質層は、金属活物質粒子を含有しなかった。そのため、試験番号14の電極活物質層を備える電極の体積当たり放電容量は540mAh/cmと低すぎた。 The electrode active material layer of test number 16 did not contain metal active material particles. Therefore, the discharge capacity per volume of the electrode provided with the electrode active material layer of Test No. 14 was 540 mAh / cm 3, which was too low.

試験番号17の電極活物質層は、電極透気速度Tが0.10μm/sと低すぎた。そのため、試験番号17の電極活物質層を備える電極の直流抵抗は、25Ωと高すぎた。 The electrode active material layer of test number 17 had an electrode air permeability T of 0.10 μm / s, which was too low. Therefore, the DC resistance of the electrode provided with the electrode active material layer of Test No. 17 was as high as 25Ω.

試験番号18の電極活物質層は、電極密度dが0.95g/cmと低すぎたため、電極透気速度Tが6.50μm/sと高すぎ、さらに、体積抵抗率Rが156.000Ω・cmと高すぎた。そのため、試験番号18の電極活物質層を備える電極の直流抵抗は28Ωと高すぎた。 In the electrode active material layer of test number 18, the electrode density d was too low at 0.95 g / cm 3 , so the electrode air permeability T was too high at 6.50 μm / s, and the volume resistivity R was 156.000 Ω.・ It was too high at cm. Therefore, the DC resistance of the electrode provided with the electrode active material layer of Test No. 18 was as high as 28Ω.

試験番号19の電極活物質層は、電極透気速度Tが0.85μm/sと低すぎた。そのため、試験番号19の電極活物質層を備える電極の直流抵抗は22Ωと高すぎた。 The electrode active material layer of Test No. 19 had an electrode air permeability T of 0.85 μm / s, which was too low. Therefore, the DC resistance of the electrode provided with the electrode active material layer of Test No. 19 was as high as 22Ω.

以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。 The embodiments of the present disclosure have been described above. However, the embodiments described above are merely examples for carrying out the present disclosure. Therefore, the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be appropriately modified and implemented within a range that does not deviate from the gist thereof.

1 電極活物質層
2 金属活物質粒子
1 Electrode active material layer 2 Metal active material particles

Claims (7)

非水電解質二次電池用の電極活物質層であって、
30.0〜80.0質量%のCuを含有し、金属イオンを吸蔵及び/又は放出する金属活物質粒子を5.0質量%超〜99.0質量%と、
結着剤とを含有し、
式(1)〜式(3)を満たす、電極活物質層。
1.00≦T≦6.00 (1)
1.00≦d≦3.50 (2)
0.010≦R≦100.000 (3)
ここで、式(1)のTには電極透気速度(μm/s)が代入され、式(2)のdには電極密度(g/cm)が代入され、式(3)のRには体積抵抗率(Ω・cm)が代入される。
An electrode active material layer for non-aqueous electrolyte secondary batteries.
The amount of metal active material particles containing 30.0 to 80.0% by mass of Cu and occluding and / or releasing metal ions is more than 5.0% by mass to 99.0% by mass.
Contains a binder and
An electrode active material layer satisfying the formulas (1) to (3).
1.00 ≤ T ≤ 6.00 (1)
1.00 ≤ d ≤ 3.50 (2)
0.010 ≤ R ≤ 100.000 (3)
Here, the electrode air permeability (μm / s) is substituted for T in the equation (1), the electrode density (g / cm 3 ) is substituted for d in the equation (2), and R in the equation (3). The volume resistivity (Ω · cm) is substituted for.
請求項1に記載の電極活物質層であって、
前記金属活物質粒子はさらに、Snを含有する、電極活物質層。
The electrode active material layer according to claim 1.
The metal active material particles further contain Sn, an electrode active material layer.
請求項2に記載の電極活物質層であって、
前記金属活物質粒子はさらに、
Si及びTiからなる群から選択される1種又は2種を含有する、電極活物質層。
The electrode active material layer according to claim 2.
The metal active material particles are further
An electrode active material layer containing one or two selected from the group consisting of Si and Ti.
請求項2又は請求項3に記載の電極活物質層であって、
前記金属活物質粒子はさらに、
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、B及びCからなる群から選択される1種又は2種以上を含有する、電極活物質層。
The electrode active material layer according to claim 2 or 3.
The metal active material particles are further
An electrode active material layer containing one or more selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al, B and C.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の電極活物質層であってさらに、
黒鉛を含有する、電極活物質層。
The electrode active material layer according to any one of claims 1 to 4, further comprising.
An electrode active material layer containing graphite.
非水電解質二次電池用の電極であって、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の電極活物質層と、
金属箔からなる集電体とを備える、電極。
Electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries
The electrode active material layer according to any one of claims 1 to 5,
An electrode with a current collector made of metal leaf.
請求項6に記載の電極を備える、非水電解質二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the electrode according to claim 6.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024053488A1 (en) * 2022-09-08 2024-03-14 三菱鉛筆株式会社 Battery electrode graphite dispersion

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