JP2021153010A - Lithium secondary battery - Google Patents

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勝憲 西村
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紘揮 三國
真代 堀川
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真代 堀川
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Abstract

To provide a lithium secondary battery which is allowed to have a longer life.SOLUTION: A lithium secondary battery according to the present invention comprises: a positive electrode; a negative electrode; and an electrolyte sheet provided between the positive and negative electrodes. The electrolyte sheet has a porous separation film, and an oxide layer provided on at least one surface of the separation film, and containing oxide particles and a binder. The oxide particles are held in part of pores of the separation film on the surface side.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、リチウム二次電池に関し、特に酸化物層が分離膜の表面に設けられたリチウム二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly to a lithium secondary battery in which an oxide layer is provided on the surface of a separation membrane.

近年、携帯型電子機器、電気自動車等の普及により、高性能な二次電池が必要とされている。中でもリチウム二次電池は、高いエネルギー密度を有するため、電気自動車用電池、電力貯蔵用電池等の電源として注目されている。具体的には、電気自動車用電池としてのリチウム二次電池は、エンジンを搭載しないゼロエミッション電気自動車、エンジン及び二次電池の両方を搭載したハイブリッド電気自動車、電力系統から直接充電させるプラグインハイブリッド電気自動車等の電気自動車に採用されている。また、電力貯蔵用電池としてのリチウム二次電池は、電力系統が遮断された非常時に、予め貯蔵しておいた電力を供給する定置式電力貯蔵システム等に用いられている。 In recent years, with the spread of portable electronic devices, electric vehicles, etc., high-performance secondary batteries are required. Among them, the lithium secondary battery has a high energy density, and is therefore attracting attention as a power source for electric vehicle batteries, power storage batteries, and the like. Specifically, lithium secondary batteries as batteries for electric vehicles include zero-emission electric vehicles that do not have an engine, hybrid electric vehicles that have both an engine and a secondary battery, and plug-in hybrid electricity that charges directly from the power system. It is used in electric vehicles such as automobiles. Further, a lithium secondary battery as a power storage battery is used in a stationary power storage system or the like that supplies power stored in advance in an emergency when the power system is cut off.

このような広範な用途に使用するために、より高いエネルギー密度のリチウム二次電池が求められており、その開発がなされている。特に、電気自動車用のリチウム二次電池には、高い入出力特性及び高いエネルギー密度に加えて、長寿命が要求されている。寿命低下の要因として、電解液の酸化や還元等による副反応によるリチウムイオンの消費がある。それに加えて、電解液中のフッ化水素(フッ化水素)や水分等によって、寿命が悪化する場合がある。後者の寿命悪化対策の方法として、ガラス等の酸化物を分離膜に用いたリチウム二次電池が知られている(例えば、非特許文献1及び2)。また、酸化物層を分離膜の表面に設けたリチウム二次電池も知られている(例えば、特許文献1)。 Lithium secondary batteries with higher energy densities are required and are being developed for use in such a wide range of applications. In particular, lithium secondary batteries for electric vehicles are required to have a long life in addition to high input / output characteristics and high energy density. As a factor of shortening the life, there is consumption of lithium ions due to side reactions such as oxidation and reduction of the electrolytic solution. In addition, the life may be deteriorated due to hydrogen fluoride (hydrogen fluoride), water content, etc. in the electrolytic solution. As the latter method for measures against deterioration of life, a lithium secondary battery using an oxide such as glass as a separation film is known (for example, Non-Patent Documents 1 and 2). Further, a lithium secondary battery in which an oxide layer is provided on the surface of the separation membrane is also known (for example, Patent Document 1).

特表2017−519619号公報Special Table 2017-519619

Nature Catalysis、第1巻、255−262ページ、2018年Nature Catalysis, Volume 1, pp. 255-262, 2018 Journal of Membrane Scicence、第449巻、169−175ページ、2014年Journal of Membrane Science, Vol. 449, pp. 169-175, 2014

しかしながら、ガラス等の酸化物を分離膜に用いた構成では、ガラス等の酸化物が分離膜の全体に分布されているために、リチウム二次電池の負極により還元される懸念がある。例えば、ガラス等の酸化物が電解液中のフッ化水素や水等を吸収しても、負極の還元力によりフッ化水素や水等が還元され、負極上にLiを含む被膜が成長することがある。Liを含む被膜が成長すると、負極でのリチウムイオンの吸蔵及び放出反応が阻害されることになる。また、酸化物層を分離膜の表面に設けた構成であっても、負極に酸化物層を対向させると、同様の問題が生じることになる。 However, in the configuration in which an oxide such as glass is used for the separation membrane, since the oxide such as glass is distributed throughout the separation membrane, there is a concern that it will be reduced by the negative electrode of the lithium secondary battery. For example, even if an oxide such as glass absorbs hydrogen fluoride, water, etc. in the electrolytic solution, hydrogen fluoride, water, etc. are reduced by the reducing power of the negative electrode, and a film containing Li grows on the negative electrode. There is. When the coating film containing Li grows, the lithium ion occlusion and release reaction at the negative electrode is inhibited. Further, even if the oxide layer is provided on the surface of the separation membrane, the same problem will occur if the oxide layer is opposed to the negative electrode.

さらに、酸化物層が分離膜の表面にしか設けられていないと、分離膜の内部への電解液の浸透が酸化物層に妨げられ、電解液との親和性が分離膜より高い酸化物層に電解液が吸収されることになる。この結果、分離膜の内部への電解液の浸透速度が低下することで分離膜での電解液の分布が不均一になる懸念がある。分離膜での電解液の分布が不均一になると、充放電時にリチウムイオンの流れにむらが生じ不均一な充放電反応が起こるので、電池の劣化を早めてしまう。 Further, if the oxide layer is provided only on the surface of the separation membrane, the permeation of the electrolytic solution into the separation membrane is hindered by the oxide layer, and the oxide layer having a higher affinity with the electrolytic solution than the separation membrane. The electrolyte will be absorbed. As a result, there is a concern that the distribution of the electrolytic solution in the separation membrane becomes non-uniform due to the decrease in the permeation rate of the electrolytic solution into the separation membrane. If the distribution of the electrolytic solution on the separation membrane becomes non-uniform, the flow of lithium ions becomes uneven during charging / discharging, and a non-uniform charging / discharging reaction occurs, which accelerates the deterioration of the battery.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、長寿命化することができるリチウム二次電池を提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a lithium secondary battery capable of extending its life.

上記課題を解決するために、本発明のリチウム二次電池は、正極と、負極と、上記正極及び上記負極の間に設けられた電解質シートとを備えるリチウム二次電池であって、上記電解質シートは、多孔質の分離膜と、上記分離膜の少なくとも一方の表面に設けられた酸化物粒子及びバインダを含む酸化物層とを有し、上記酸化物粒子は、上記分離膜の細孔における上記表面側の一部に保持されたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the lithium secondary battery of the present invention is a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte sheet provided between the positive electrode and the negative electrode, and the electrolyte sheet. Has a porous separation membrane and an oxide layer containing an oxide particle and a binder provided on at least one surface of the separation membrane, and the oxide particles are the above-mentioned in the pores of the separation membrane. It is characterized in that it is held on a part of the surface side.

本発明によれば、リチウム二次電池を長寿命化することができる。 According to the present invention, the life of the lithium secondary battery can be extended.

以上に説明した内容以外の本発明の課題、構成、及び効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。 Issues, configurations, and effects of the present invention other than those described above will be clarified by the following description of embodiments for carrying out the invention.

実施形態に係るリチウム二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the lithium ion secondary battery which is an example of the lithium secondary battery which concerns on embodiment. 図1に示されるリチウムイオン二次電池における電極群を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the electrode group in the lithium ion secondary battery shown in FIG. 図1に示されるリチウムイオン二次電池における電極群を示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the electrode group in the lithium ion secondary battery shown in FIG. 実施例3における電解質シートの一方の表面を観察したSEM写真である。It is an SEM photograph which observed one surface of the electrolyte sheet in Example 3. 実施例3における電解質シートの他方の表面を観察したSEM写真である。3 is an SEM photograph of the other surface of the electrolyte sheet in Example 3.

以下、図面を適宜参照しながら、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。各図における構成要素の大きさは概念的なものであり、構成要素間の大きさの相対的な関係は各図に示されたものに限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the components (including steps and the like) are not essential unless otherwise specified. The sizes of the components in each figure are conceptual, and the relative size relationships between the components are not limited to those shown in each figure.

本明細書における数値及びその範囲は、本発明を制限するものではない。本明細書において、「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書において段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載される数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例中に示されている値に置き換えてもよい。 Numerical values and their ranges herein are not intended to limit the present invention. In the present specification, the numerical range indicated by using "~" indicates a range including the numerical values before and after "~" as the minimum value and the maximum value, respectively. In the numerical range described stepwise in the present specification, the upper limit value or the lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value described in another stepwise description. Further, in the numerical range described in the present specification, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the value shown in the examples.

[実施形態]
図1は、実施形態に係るリチウム二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池を示す斜視図である。図1に示されるリチウムイオン二次電池1は、正極、負極、及び電解質シートから構成される電極群2と、電極群2を収容する袋状の電池外装体3とを備えている。正極及び負極には、それぞれ正極集電タブ4及び負極集電タブ5が設けられている。正極集電タブ4及び負極集電タブ5は、それぞれ正極及び負極がリチウムイオン二次電池1の外部と電気的に接続可能なように、電池外装体3の内部から外部へ突き出している。
[Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a lithium ion secondary battery which is an example of the lithium secondary battery according to the embodiment. The lithium ion secondary battery 1 shown in FIG. 1 includes an electrode group 2 composed of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte sheet, and a bag-shaped battery exterior body 3 accommodating the electrode group 2. The positive electrode and the negative electrode are provided with a positive electrode current collecting tab 4 and a negative electrode current collecting tab 5, respectively. The positive electrode current collecting tab 4 and the negative electrode current collecting tab 5 project from the inside of the battery exterior 3 to the outside so that the positive electrode and the negative electrode can be electrically connected to the outside of the lithium ion secondary battery 1, respectively.

電池外装体3は、例えば、ラミネートフィルムで形成されたものでよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の樹脂フィルムと、アルミニウム、銅、又はステンレス鋼等の金属箔と、ポリプロピレン等のシーラント層とがこの順で積層された積層フィルムでよい。 The battery exterior 3 may be formed of, for example, a laminated film. The laminated film may be, for example, a laminated film in which a resin film such as polyethylene terephthalate (PET) film, a metal foil such as aluminum, copper or stainless steel, and a sealant layer such as polypropylene are laminated in this order.

図2は、図1に示されるリチウムイオン二次電池における電極群を示す分解斜視図である。図3は、図1に示されるリチウムイオン二次電池における電極群を示す模式断面図である。図2及び図3に示すように、電極群2A(2)は、正極6と、負極8と、正極6及び負極8の間に設けられた電解質シート7とを備え、これらが順に積層されている。正極6は、正極集電体9と、正極集電体9上に設けられた正極合剤層10とを有している。正極集電体9には、正極集電タブ4が設けられている。負極8は、負極集電体11と、負極集電体11上に設けられた負極合剤層12とを有している。負極集電体11には、負極集電タブ5が設けられている。 FIG. 2 is an exploded perspective view showing an electrode group in the lithium ion secondary battery shown in FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an electrode group in the lithium ion secondary battery shown in FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the electrode group 2A (2) includes a positive electrode 6, a negative electrode 8, and an electrolyte sheet 7 provided between the positive electrode 6 and the negative electrode 8, and these are laminated in this order. There is. The positive electrode 6 has a positive electrode current collector 9 and a positive electrode mixture layer 10 provided on the positive electrode current collector 9. The positive electrode current collector 9 is provided with a positive electrode current collector tab 4. The negative electrode 8 has a negative electrode current collector 11 and a negative electrode mixture layer 12 provided on the negative electrode current collector 11. The negative electrode current collector 11 is provided with a negative electrode current collector tab 5.

電解質シート7は、図3に示されるように、多孔質の分離膜20と、分離膜20の正極6に対向する表面20aに設けられた酸化物層30とを有し、分離膜20及び酸化物層30の積層構造になっている。酸化物層30は、図示しないが、酸化物粒子及びバインダを含んでいる。電解質シート7では、図示しないが、分離膜20の細孔及び酸化物層30に電解液が保持されている。 As shown in FIG. 3, the electrolyte sheet 7 has a porous separation membrane 20 and an oxide layer 30 provided on the surface 20a of the separation membrane 20 facing the positive electrode 6, and the separation membrane 20 and oxidation. It has a laminated structure of the material layer 30. The oxide layer 30 contains oxide particles and a binder (not shown). In the electrolyte sheet 7, although not shown, the electrolytic solution is held in the pores of the separation membrane 20 and the oxide layer 30.

分離膜20の平均細孔径D及び酸化物層30に含まれる酸化物粒子の平均粒径dは、D/3≦d<Dの関係式を満たしている。これにより、酸化物粒子は分離膜20の細孔に侵入できるものの、分離膜20の細孔内での酸化物粒子の自由な移動は妨げられる。このため、酸化物層30に含まれる酸化物粒子は、図示しないが、分離膜20の細孔において分離膜20の正極6に対向する表面20a側の一部にのみに保持され、細孔内の酸化物粒子が分離膜20の負極8に対向する表面20b側に移動することは妨げられる。 The average pore size D of the separation membrane 20 and the average particle size d of the oxide particles contained in the oxide layer 30 satisfy the relational expression of D / 3 ≦ d <D. As a result, the oxide particles can penetrate into the pores of the separation membrane 20, but the free movement of the oxide particles in the pores of the separation membrane 20 is hindered. Therefore, although not shown, the oxide particles contained in the oxide layer 30 are retained only in a part of the pores of the separation membrane 20 on the surface 20a side facing the positive electrode 6 of the separation membrane 20 and are contained in the pores. The oxide particles of the above are prevented from moving to the surface 20b side of the separation membrane 20 facing the negative electrode 8.

従って、リチウムイオン二次電池1では、酸化物粒子の平均粒径dがD/3≦d<Dの関係式を充足する程度に小さいために、酸化物層30による電解液中のフッ化水素や水分等の吸収を促進することができる。さらに、酸化物層30に含まれる酸化物粒子が、酸素及び水酸基を多量に有しているため、電解液溶媒(酸素を有する極性溶媒分子)との親和性が高い。そして、双方の極性官能基(δ+、δ−)が引き合うために、電解液溶媒の酸化物粒子への濡れ性が非常に高い。また、分離膜20の細孔における酸化物粒子が保持された部分では、空隙が狭くなることで毛細管力が高くなる。
このため、分離膜20の細孔において分離膜20の正極6に対向する表面20a側の一部に酸化物粒子が保持されていることで、分離膜20の正極6に対向する表面20aから分離膜20の内部への電解液の浸透速度を向上させることができる。これにより、分離膜20での電解液の分布を均一化することができ、充放電時にリチウムイオンの流れにむらが生じ不均一な充放電反応が起こることを抑制できる。
Therefore, in the lithium ion secondary battery 1, the average particle size d of the oxide particles is small enough to satisfy the relational expression of D / 3 ≦ d <D, so that hydrogen fluoride in the electrolytic solution by the oxide layer 30 is satisfied. And the absorption of water and the like can be promoted. Further, since the oxide particles contained in the oxide layer 30 have a large amount of oxygen and hydroxyl groups, they have high affinity with the electrolyte solvent (polar solvent molecules having oxygen). Since both polar functional groups (δ +, δ−) are attracted to each other, the wettability of the electrolytic solution solvent to the oxide particles is very high. Further, in the portion of the pores of the separation membrane 20 where the oxide particles are retained, the capillary force is increased due to the narrowing of the voids.
Therefore, the oxide particles are held in a part of the pores of the separation membrane 20 on the surface 20a side facing the positive electrode 6 of the separation membrane 20, so that the separation membrane 20 is separated from the surface 20a facing the positive electrode 6. The permeation rate of the electrolytic solution into the membrane 20 can be improved. As a result, the distribution of the electrolytic solution on the separation membrane 20 can be made uniform, and it is possible to suppress uneven charging / discharging of the lithium ion flow and non-uniform charging / discharging reaction.

さらに、リチウムイオン二次電池1では、酸化物層30は負極8に対向していない上に、細孔内の酸化物粒子が分離膜20の負極8に対向する表面20b側に移動することも妨げられる。このため、酸化物粒子に吸収されるフッ化水素や水等が負極の還元力により還元され、負極上にLiを含む被膜が成長することを抑制できる。 Further, in the lithium ion secondary battery 1, the oxide layer 30 does not face the negative electrode 8, and the oxide particles in the pores may move to the surface 20b side of the separation membrane 20 facing the negative electrode 8. Be hindered. Therefore, hydrogen fluoride, water, and the like absorbed by the oxide particles are reduced by the reducing power of the negative electrode, and it is possible to suppress the growth of a film containing Li on the negative electrode.

よって、実施形態に係るリチウム二次電池では、酸化物層による電解液中のフッ化水素や水分等の吸収を促進することができ、かつ分離膜での電解液の分布を均一化することができるために、長寿命化することができる。さらに、酸化物層が分離膜の負極に対向する表面に設けられていない場合には、負極上にLiを含む被膜が成長することを抑制することで長寿命化することができる。これに加え、分離膜20の平均細孔径D及び酸化物層30に含まれる酸化物粒子の平均粒径dがD/3≦d<Dの関係式を充足する場合には、負極上にLiを含む被膜が成長することを効果的に抑制し、長寿命化をさらに促進できる。 Therefore, in the lithium secondary battery according to the embodiment, the absorption of hydrogen fluoride, water, etc. in the electrolytic solution by the oxide layer can be promoted, and the distribution of the electrolytic solution in the separation membrane can be made uniform. Therefore, the life can be extended. Further, when the oxide layer is not provided on the surface of the separation film facing the negative electrode, the life can be extended by suppressing the growth of the film containing Li on the negative electrode. In addition to this, when the average pore size D of the separation membrane 20 and the average particle size d of the oxide particles contained in the oxide layer 30 satisfy the relational expression of D / 3 ≦ d <D, Li is placed on the negative electrode. The growth of the coating film containing the above can be effectively suppressed, and the life extension can be further promoted.

続いて、実施形態に係るリチウム二次電池の各構成を詳細に説明する。 Subsequently, each configuration of the lithium secondary battery according to the embodiment will be described in detail.

1.電解質シート
上記電解質シートは、多孔質の分離膜と、上記分離膜の少なくとも一方の表面に設けられた酸化物粒子及びバインダを含む酸化物層とを有する。上記酸化物粒子は、上記分離膜の細孔における上記表面側の一部に保持される。
1. 1. Electrolyte sheet The electrolyte sheet has a porous separation membrane and an oxide layer containing oxide particles and binders provided on at least one surface of the separation membrane. The oxide particles are retained in a part of the surface side of the pores of the separation membrane.

(1)分離膜
分離膜は、多孔質であり、酸化物粒子を細孔における表面側の一部に保持できるものであれば特に限定されないが、例えば、酸化物層を形成する時に分離膜の表面に塗布したスラリ組成物の溶媒(例えば、スラリ溶媒、又はスラリ溶媒及び繊維分散溶媒)を蒸発させる際の加熱に耐え得る耐熱性を有するものであって、スラリ組成物と反応せず、かつスラリ組成物により膨潤しないものが好ましい。
分離膜としては、例えば、生物由来のセルロース繊維や高分子繊維からなる不織布、樹脂製フィルム等が挙げられる。生物由来のセルロース繊維からなる不織布としては、パルプ等からなる不織布が挙げられる。
高分子繊維からなる不織布としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、酢酸セルロース等の合成繊維からなる不織布が挙げられる。樹脂製フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリ四フッ化エチレン、ポリイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン等の樹脂(汎用のエンジニアプラスチック)からなるフィルムが挙げられる。
(1) Separation Membrane The separation membrane is not particularly limited as long as it is porous and can hold oxide particles on a part of the surface side of the pores. It has heat resistance that can withstand heating when evaporating the solvent of the slurry composition applied to the surface (for example, the slurry solvent or the slurry solvent and the fiber dispersion solvent), does not react with the slurry composition, and Those that do not swell due to the slurry composition are preferable.
Examples of the separation membrane include non-woven fabrics made of biologically-derived cellulose fibers and polymer fibers, resin films, and the like. Examples of the non-woven fabric made of biologically-derived cellulose fibers include non-woven fabrics made of pulp and the like.
Examples of the non-woven fabric made of polymer fibers include non-woven fabrics made of synthetic fibers such as polyethylene, polypropylene, polyimide, and cellulose acetate. Examples of the resin film include a film made of a resin (general-purpose engineer plastic) such as polyethylene terephthalate, polytetrafluoride ethylene, polyimide, polyethersulfone, and polyetherketone.

分離膜は、酸化物層を形成する時に分離膜の表面に塗布したスラリ組成物の溶媒を蒸発させる際の加熱に耐えられる耐熱温度を有しているものが好ましい。分離膜の耐熱温度は、分離膜が樹脂で形成されている場合、分離膜の軟化点(塑性変形し始める温度)又は融点のうちより低い温度である。分離膜の耐熱温度は、電解質シートに用いられるグライムとの適応性の観点から、好ましくは50℃以上、より好ましくは100℃以上、さらに好ましくは150℃以上であり、また、例えば400℃以下であってよい。このような耐熱温度の分離膜を用いれば、後述する溶媒を好適に使用することができる。 The separation membrane preferably has a heat resistant temperature that can withstand heating when the solvent of the slurry composition applied to the surface of the separation membrane is evaporated when the oxide layer is formed. The heat-resistant temperature of the separation membrane is the lower of the softening point (the temperature at which plastic deformation begins) or the melting point of the separation membrane when the separation membrane is made of resin. The heat resistant temperature of the separation membrane is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, further preferably 150 ° C. or higher, and for example, 400 ° C. or lower, from the viewpoint of compatibility with grime used for the electrolyte sheet. It may be there. If such a heat-resistant temperature separation membrane is used, a solvent described later can be preferably used.

分離膜の厚さは、塗布装置での引張り力に耐え得る強度を維持しつつ、可能な限り、その体積比率を小さくすることが望ましい。例えば塗布装置にて分離膜を搬送するために必要な引っ張り強度は、0.1N/cm以上であるので、これ以上の引っ張り強度が必要である。同時に、分離膜の厚さは、電解質シートより薄くなければならない。 It is desirable that the thickness of the separation membrane be as small as possible while maintaining the strength that can withstand the tensile force in the coating apparatus. For example, the tensile strength required to convey the separation membrane in the coating device is 0.1 N / cm 2 or more, so a higher tensile strength is required. At the same time, the thickness of the separation membrane must be thinner than the electrolyte sheet.

分離膜の厚さは、電解質シートよりも薄ければ特に限定されないが、例えば、5μm以上100μm以下であり、好ましくは10μm以上50μm以下、より好ましくは15μm以上40μm以下、さらに好ましくは15μm以上30μm以下、さらにより好ましくは15μm以上25μm以下である。分離膜の厚さがこれらの範囲の下限以上であることにより、正極と負極を確実に絶縁することができる。分離膜の厚さがこれらの範囲の上限以下であることにより、分離膜の電池抵抗を所望の範囲まで小さくでき、少量の電解質を供給することで分離膜の細孔全体に電解質を充填できる点で有利となる。 The thickness of the separation membrane is not particularly limited as long as it is thinner than the electrolyte sheet, but is, for example, 5 μm or more and 100 μm or less, preferably 10 μm or more and 50 μm or less, more preferably 15 μm or more and 40 μm or less, and further preferably 15 μm or more and 30 μm or less. , Even more preferably 15 μm or more and 25 μm or less. When the thickness of the separation membrane is at least the lower limit of these ranges, the positive electrode and the negative electrode can be reliably insulated. When the thickness of the separation membrane is less than or equal to the upper limit of these ranges, the battery resistance of the separation membrane can be reduced to a desired range, and the entire pores of the separation membrane can be filled with the electrolyte by supplying a small amount of electrolyte. It becomes advantageous in.

分離膜の平均細孔径は、酸化物粒子が分離膜の細孔における分離膜の表面側の一部に保持され得るサイズであれば特に限定されないが、例えば、0.01μm以上2μm以下であり、好ましくは0.05μm以上1μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上0.5μm以下である。分離膜の平均細孔径がこれらの範囲の下限以上であることにより、酸化物層に含まれる酸化物粒子が分離膜の表面から細孔に入り込み易くなるため、酸化物粒子を分離膜の細孔における分離膜の表面側の一部に保持させ易くなる。分離膜の平均細孔径がこれらの範囲の上限以下であることにより、酸化物粒子の分離膜の細孔内で自由な移動を効果的に妨げることができる。 The average pore diameter of the separation membrane is not particularly limited as long as the oxide particles can be retained in a part of the pores of the separation membrane on the surface side of the separation membrane, but is, for example, 0.01 μm or more and 2 μm or less. It is preferably 0.05 μm or more and 1 μm or less, and more preferably 0.1 μm or more and 0.5 μm or less. When the average pore diameter of the separation membrane is equal to or greater than the lower limit of these ranges, the oxide particles contained in the oxide layer can easily enter the pores from the surface of the separation membrane. It becomes easy to hold it on a part of the surface side of the separation film in. When the average pore diameter of the separation membrane is not more than the upper limit of these ranges, free movement of the oxide particles in the pores of the separation membrane can be effectively prevented.

ここで、分離膜の平均細孔径とは、分離膜の表面および内部の細孔分布から求められるメジアン径を指し、水銀又は水を用いた圧入によるポロシメータ法により測定される値である。 Here, the average pore diameter of the separation membrane refers to the median diameter obtained from the pore distribution on the surface and inside of the separation membrane, and is a value measured by the porosimeter method by press-fitting with mercury or water.

分離膜の空隙率は、特に限定されず、大きいほど電池抵抗を小さくできるため好ましいが、例えば、40%以上95%以下である。分離膜の空隙率がこの範囲の下限以上であることにより、分離膜の電池抵抗を所望の範囲まで小さくできる。分離膜の空隙率がこの範囲の上限以下であることにより、分離膜の強度が低下しその引っ張り強度が小さくなる問題を抑制できる。 The porosity of the separation membrane is not particularly limited, and the larger the porosity, the smaller the battery resistance, which is preferable. For example, it is 40% or more and 95% or less. When the porosity of the separation membrane is at least the lower limit of this range, the battery resistance of the separation membrane can be reduced to a desired range. When the porosity of the separation membrane is not more than the upper limit of this range, the problem that the strength of the separation membrane is lowered and the tensile strength thereof is reduced can be suppressed.

(2)酸化物層
酸化物層は、上記分離膜の少なくとも一方の表面に設けられた酸化物粒子及びバインダを含む層である。
(2) Oxide layer The oxide layer is a layer containing oxide particles and a binder provided on at least one surface of the separation membrane.

酸化物層は、分離膜の少なくとも一方の表面に、少なくとも酸化物粒子、バインダ、及びスラリ溶媒を含むスラリ組成物を塗布し、溶媒(例えば、スラリ溶媒、又はスラリ溶媒及び繊維分散溶媒)を蒸発させることにより形成される。スラリ組成物は、酸化物粒子及びバインダとそれらを溶解するスラリ溶媒とを混合するスラリ組成物調製工程で得られる。 For the oxide layer, a slurry composition containing at least oxide particles, a binder, and a slurry solvent is applied to at least one surface of the separation membrane, and the solvent (for example, the slurry solvent or the slurry solvent and the fiber dispersion solvent) is evaporated. It is formed by letting it. The slurry composition is obtained in a slurry composition preparation step in which oxide particles and binders and a slurry solvent for dissolving them are mixed.

以下、酸化物粒子、バインダ、それらを溶解するスラリ溶媒、スラリ組成物、及び酸化物層について、詳細に説明する。 Hereinafter, the oxide particles, the binder, the slurry solvent for dissolving them, the slurry composition, and the oxide layer will be described in detail.

a.酸化物粒子
酸化物粒子は、特に限定されないが、例えば、無機酸化物の粒子である。無機酸化物は、例えば、Li、Mg、Al、Si、Ca、Ti、Zr、La、Na、K、Ba、Sr、V、Nb、B、又はGe等を構成元素として含む無機酸化物でよい。酸化物粒子は、好ましくは、SiO、Al、ガラス、AlOOH、MgO、CaO、ZrO、TiO、LiLaZr12、及びBaTiOからなる群より選ばれる少なくとも1種の粒子である。酸化物粒子は極性を有するため、電解質シート中の電解質の解離を促進し、電池特性を高めることができる。
a. Oxide particles Oxide particles are not particularly limited, but are, for example, inorganic oxide particles. The inorganic oxide may be, for example, an inorganic oxide containing Li, Mg, Al, Si, Ca, Ti, Zr, La, Na, K, Ba, Sr, V, Nb, B, Ge, etc. as constituent elements. .. The oxide particles are preferably at least one selected from the group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3 , glass, AlOOH, MgO, CaO, ZrO 2 , TiO 2 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , and BaTIO 3. Seed particles. Since the oxide particles have polarity, the dissociation of the electrolyte in the electrolyte sheet can be promoted and the battery characteristics can be improved.

酸化物粒子は、一般に、見かけ上の幾何学的形態から判断して、一体的に単一の粒子を形成している一次粒子(二次粒子を構成していない粒子)と、複数の一次粒子が集合することで形成される二次粒子とを含んでいてもよい。 Oxide particles generally include primary particles (particles that do not form secondary particles) that integrally form a single particle, and multiple primary particles, judging from their apparent geometrical morphology. May include secondary particles formed by the aggregation of.

酸化物粒子の平均粒径は、特に限定されないが、例えば、0.001μm以上10μm以下であり、好ましくは0.005μm以上5μm以下、より好ましくは0.005μm以上1μm以下、さらに好ましくは0.005μm以上0.1μm以下である。酸化物粒子の平均粒径がこれらの下限以上であることにより、酸化物層が分離膜から脱落しにくくなるからである。酸化物粒子の平均粒径がこれらの上限以下であることにより、酸化物粒子による電解液中のフッ化水素や水分等の吸収を効果的に促進することができ、かつ酸化物粒子を分離膜の細孔に侵入させ易くなるからである。 The average particle size of the oxide particles is not particularly limited, but is, for example, 0.001 μm or more and 10 μm or less, preferably 0.005 μm or more and 5 μm or less, more preferably 0.005 μm or more and 1 μm or less, and further preferably 0.005 μm. It is 0.1 μm or less. This is because when the average particle size of the oxide particles is at least these lower limits, the oxide layer is less likely to fall off from the separation membrane. When the average particle size of the oxide particles is equal to or less than these upper limits, the absorption of hydrogen fluoride, water, etc. in the electrolytic solution by the oxide particles can be effectively promoted, and the oxide particles are separated into a separation membrane. This is because it becomes easy to penetrate into the pores of.

ここで、酸化物粒子の平均粒径は、レーザー回折法により測定され、体積累積粒度分布曲線を小粒径側から描いた場合に、体積累積が50%となる粒径に対応する。 Here, the average particle size of the oxide particles is measured by a laser diffraction method, and corresponds to a particle size in which the volume accumulation is 50% when the volume cumulative particle size distribution curve is drawn from the small particle size side.

酸化物粒子の平均一次粒径(一次粒子の平均粒径)は、特に限定されないが、導電率をさらに向上させる観点から、好ましくは0.005μm(5nm)以上、より好ましくは0.01μm(10nm)以上、さらに好ましくは0.015μm(15nm)以上である。酸化物粒子の平均一次粒径は、電解質シートを薄くする観点から、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.1μm以下、さらに好ましくは0.05μm以下である。酸化物粒子の平均一次粒径は、電解質シートを薄層化する観点及び電解質シートの表面からの酸化物粒子の突出を抑制する観点から、好ましくは0.005μm〜1μm、より好ましくは0.01μm〜0.1μm、さらに好ましくは0.015μm〜0.05μmである。 The average primary particle size of the oxide particles (average particle size of the primary particles) is not particularly limited, but is preferably 0.005 μm (5 nm) or more, more preferably 0.01 μm (10 nm), from the viewpoint of further improving the conductivity. ) Or more, more preferably 0.015 μm (15 nm) or more. The average primary particle size of the oxide particles is preferably 1 μm or less, more preferably 0.1 μm or less, still more preferably 0.05 μm or less from the viewpoint of thinning the electrolyte sheet. The average primary particle size of the oxide particles is preferably 0.005 μm to 1 μm, more preferably 0.01 μm, from the viewpoint of thinning the electrolyte sheet and suppressing the protrusion of the oxide particles from the surface of the electrolyte sheet. It is ~ 0.1 μm, more preferably 0.015 μm to 0.05 μm.

なお、酸化物粒子の平均一次粒径は、酸化物粒子を透過型電子顕微鏡等によって観察することによって測定できる。 The average primary particle size of the oxide particles can be measured by observing the oxide particles with a transmission electron microscope or the like.

酸化物粒子の比表面積は、特に限定されないが、例えば、2m/g〜380m/gであり、5m/g〜100m/g、10m/g〜80m/g、又は15m/g〜60m/gでもよい。比表面積が2m/g〜380m/gであると、二次電池の放電特性により優れる傾向にある。同様の観点から、酸化物粒子の比表面積は、5m/g以上、10m/g以上、又は15m/g以上でもよく、100m/g以下、80m/g以下、又は60m/g以下でもよい。 The specific surface area of the oxide particles is not particularly limited, for example, a 2m 2 / g~380m 2 / g, 5m 2 / g~100m 2 / g, 10m 2 / g~80m 2 / g, or 15 m 2 It may be / g to 60 m 2 / g. If the specific surface area is 2m 2 / g~380m 2 / g, there is a tendency that excellent in discharge characteristics of the secondary battery. From the same viewpoint, the specific surface area of the oxide particles, 5 m 2 / g or more, 10 m 2 / g or more, or may be 15 m 2 / g or more, 100 m 2 / g or less, 80 m 2 / g or less, or 60 m 2 / It may be less than or equal to g.

なお、酸化物粒子の比表面積は、一次粒子及び二次粒子を含む酸化物粒子全体の比表面積を意味し、BET法によって測定される。 The specific surface area of the oxide particles means the specific surface area of the entire oxide particles including the primary particles and the secondary particles, and is measured by the BET method.

酸化物粒子の形状は、特に限定されないが、例えば、塊状又は略球状でよい。酸化物粒子のアスペクト比は、特に限定されないが、電解質シートの薄層化を容易にする観点から、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、さらに好ましくは2以下である。 The shape of the oxide particles is not particularly limited, but may be, for example, agglomerates or substantially spherical. The aspect ratio of the oxide particles is not particularly limited, but is preferably 10 or less, more preferably 5 or less, still more preferably 2 or less, from the viewpoint of facilitating the thinning of the electrolyte sheet.

なお、酸化物粒子のアスペクト比は、酸化物粒子の走査型電子顕微鏡写真から算出した、粒子の長軸方向の長さ(粒子の最大長さ)と、粒子の短軸方向の長さ(粒子の最小長さ)との比として定義される。粒子の長さは、上記の写真を、市販の画像処理フト(例えば、旭化成エンジニアリング株式会社製の画像解析ソフト、A像くん(登録商標))を用いて、統計的に計算して求められる。 The aspect ratio of the oxide particles is the length in the major axis direction of the particles (maximum length of the particles) and the length in the minor axis direction of the particles (particles) calculated from the scanning electron micrograph of the oxide particles. Is defined as the ratio to the minimum length of. The length of the particles is obtained by statistically calculating the above-mentioned photograph using a commercially available image processing foot (for example, image analysis software manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd., A-kun (registered trademark)).

酸化物粒子は、表面処理剤で表面処理されていてもよい。表面処理剤としては、特に限定されないが、例えば、ケイ素含有化合物等が挙げられる。ケイ素含有化合物は、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメトキシジフェニルシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシ基含有シラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ基含有シラン、ヘキサメチルジシラザン等のシラザン、ジメチルシリコーンオイル等のシロキサン等でもよい。 The oxide particles may be surface-treated with a surface treatment agent. The surface treatment agent is not particularly limited, and examples thereof include silicon-containing compounds and the like. Silicon-containing compounds include, for example, methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, dimethoxydiphenylsilane, n-propyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, tetraethoxysilane, methyltriethoxysilane. , Dimethyldiethoxysilane, alkoxysilanes such as n-propyltriethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxy Epyl group-containing silanes such as silane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2- (Aminoethyl) Amino group-containing silanes such as -3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, silazane such as hexamethyldisilazane, and dimethylsilicone oil. Or siloxane or the like.

表面処理剤で表面処理された酸化物粒子は、公知の方法によって製造したものを用いてもよく、市販品をそのまま用いてもよい。 As the oxide particles surface-treated with the surface treatment agent, those produced by a known method may be used, or commercially available products may be used as they are.

酸化物粒子及びバインダの合計質量に対する酸化物粒子の質量の比は、特に限定されないが、例えば、1質量%以上90質量%以下であり、好ましくは5質量%以上50質量%以下、より好ましくは5質量%以上30質量%以下である。当該質量の比がこれらの下限以上であることにより、酸化物層が分離膜から脱落することを抑制できるからである。当該質量の比がこれらの上限以下であることにより、リチウムイオンの流れがバインダにより阻害されることを抑制できるからである。 The ratio of the mass of the oxide particles to the total mass of the oxide particles and the binder is not particularly limited, but is, for example, 1% by mass or more and 90% by mass or less, preferably 5% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably. It is 5% by mass or more and 30% by mass or less. This is because when the mass ratio is equal to or higher than these lower limits, it is possible to prevent the oxide layer from falling off from the separation membrane. This is because when the mass ratio is not more than these upper limits, it is possible to prevent the flow of lithium ions from being obstructed by the binder.

スラリ組成物が電解液を含んでいない場合には、スラリ組成物における酸化物粒子並びに蒸発予定の溶媒(例えば、スラリ溶媒、又はスラリ溶媒及び繊維分散溶媒)を除いた残りは、バインダ単独の組成、又はバインダ及びセルロース繊維の合計の組成等の組成になる。スラリ組成物が電解液を含んでいる場合には、スラリ組成物における酸化物粒子並びに蒸発予定の溶媒を除いた残りは、バインダ及び電解液の合計の組成、又はバインダ、電解液、及びセルロース繊維の合計の組成等の組成になる。 When the slurry composition does not contain an electrolytic solution, the residue excluding the oxide particles in the slurry composition and the solvent to be vaporized (for example, the slurry solvent or the slurry solvent and the fiber dispersion solvent) is the composition of the binder alone. , Or the total composition of the binder and the cellulose fibers. If the slurry composition contains an electrolyte, the rest of the slurry composition, excluding the oxide particles and the solvent to be evaporated, is the total composition of the binder and the electrolyte, or the binder, the electrolyte, and the cellulose fibers. It becomes the composition such as the total composition of.

b.バインダ
バインダとしては、特に限定されないが、例えば、四フッ化エチレン及びフッ化ビニリデンからなる群より選ばれる第1の構造単位を有するポリマ、ポリアクリル酸、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース及びそのアルカリ塩、並びにキトサン等を含むもの好ましい。
b. Binder The binder is not particularly limited, but is, for example, a polymer having a first structural unit selected from the group consisting of ethylene tetrafluoride and vinylidene fluoride, polyacrylic acid, polyimide, styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose and the like. Those containing alkali salts, chitosan and the like are preferable.

ポリマを構成する構造単位の中には、第1の構造単位の他に、ヘキサフルオロプロピレン、アクリル酸、マレイン酸、エチルメタクリレート、及びメチルメタクリレートからなる群より選ばれる第2の構造単位が含まれていてもよい。すなわち、第1の構造単位及び第2の構造単位は、1種のポリマに含まれてコポリマを構成していてもよく、それぞれ別のポリマに含まれて、第1の構造単位を有する第1のポリマと、第2の構造単位を有する第2のポリマとの少なくとも2種のポリマを構成していてもよい。 In addition to the first structural unit, the structural unit constituting the polymer includes a second structural unit selected from the group consisting of hexafluoropropylene, acrylic acid, maleic acid, ethyl methacrylate, and methyl methacrylate. May be. That is, the first structural unit and the second structural unit may be contained in one kind of polymer to form a copolymer, and each of them is contained in another polymer and has a first structural unit. And a second polymer having a second structural unit may constitute at least two kinds of polymers.

第1の構造単位を有するポリマとしては、特に限定されないが、例えば、ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、及びフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマ等であってよい。 The polymer having the first structural unit is not particularly limited, and may be, for example, polyethylene tetrafluoride, polyvinylidene fluoride, or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene.

なお、バインダとしては、ポリアクリル酸、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース及びそのアルカリ塩、並びにキトサン等の水溶性バインダを用いることもできる。これらの水溶性バインダには、スラリ溶媒として水を用いることができる。また、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース及びそのアルカリ塩、並びにキトサンは、含酸素バインダであるため好ましい。さらに、コストや入手のし易さから、ポリフッ化ビニリデン、及びフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマ等が好ましい。 As the binder, a water-soluble binder such as polyacrylic acid, styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose and an alkali salt thereof, and chitosan can also be used. Water can be used as the slurry solvent for these water-soluble binders. Further, polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose and an alkali salt thereof, and chitosan are preferable because they are oxygen-containing binders. Further, from the viewpoint of cost and availability, polyvinylidene fluoride and a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene are preferable.

c.スラリ溶媒
スラリ溶媒は、上記のバインダ及び酸化物粒子を分散できる溶媒であれば特に限定されず、有機溶剤でもよいし、水でもよい。スラリ溶媒としては、例えば、1−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルエチレンウレア、γ-ブチロラクトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、ブチルカルビトールアセテート、トルエン、シクロヘキサン、スルホラン、及び水等が挙げられる。
c. Slurry solvent The slurry solvent is not particularly limited as long as it can disperse the above-mentioned binder and oxide particles, and may be an organic solvent or water. Examples of the slurry solvent include 1-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylethyleneurea, γ-butyrolactone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, butyl carbitol acetate, toluene, cyclohexane, and sulfolane. And water and the like.

バインダ及び酸化物粒子の合計質量100質量部に対するスラリ溶媒の質量の比は、特に限定されないが、例えば、10質量部〜90質量部である。バインダ及び酸化物粒子の合計質量100質量部に対するスラリ溶媒の質量の比は、好ましくは20質量部以上、より好ましくは30質量部以上、さらに好ましくは40質量部以上である。また、バインダ及び酸化物粒子の合計質量100質量部に対するスラリ溶媒の質量の比は、好ましくは70質量部以下、より好ましくは60質量部以下、さらに好ましくは50質量部以下である。 The ratio of the mass of the slurry solvent to the total mass of 100 parts by mass of the binder and the oxide particles is not particularly limited, but is, for example, 10 parts by mass to 90 parts by mass. The ratio of the mass of the slurry solvent to the total mass of 100 parts by mass of the binder and the oxide particles is preferably 20 parts by mass or more, more preferably 30 parts by mass or more, and further preferably 40 parts by mass or more. The ratio of the mass of the slurry solvent to the total mass of 100 parts by mass of the binder and the oxide particles is preferably 70 parts by mass or less, more preferably 60 parts by mass or less, and further preferably 50 parts by mass or less.

d.スラリ組成物
スラリ組成物調製工程において、酸化物粒子、バインダ、及びスラリ溶媒の各成分の添加方法等は特に制限されないが、ダマの発生をより抑制する観点から、スラリ組成物調製工程は、例えば、酸化物粒子及びバインダを乾式混合して混合物を得る第1の工程と、当該混合物にスラリ溶媒を添加して混合物分散液を得る第2の工程と、当該混合物分散液を混合してスラリ組成物を得る第3の工程と、を備えていてもよい。第2の工程において、混合物へのスラリ溶媒の添加は、所定量のスラリ溶媒を一度に添加するものでもよいが、ダマの発生をより抑制する観点から、所定量となるように複数回に分けて添加するものでもよい。スラリ溶媒を複数回に分けて添加する場合は、第2の工程及び第3の工程を繰り返し行ってもよい。
d. Slurry composition In the slurry composition preparation step, the method of adding each component of the oxide particles, the binder, and the slurry solvent is not particularly limited, but from the viewpoint of further suppressing the generation of lumps, the slurry composition preparation step is, for example, , The first step of dry mixing the oxide particles and the binder to obtain a mixture, the second step of adding a slurry solvent to the mixture to obtain a mixture dispersion, and mixing the mixture dispersion to obtain a slurry composition. It may include a third step of obtaining a product. In the second step, the slurry solvent may be added to the mixture in a predetermined amount at a time, but from the viewpoint of further suppressing the generation of lumps, the slurry solvent is divided into a plurality of times so as to be a predetermined amount. May be added. When the slurry solvent is added in a plurality of times, the second step and the third step may be repeated.

スラリ組成物調製工程における各成分の混合(混練)は、通常の撹拌機、らいかい機、三本ロール、ボールミル、ビーズミル等の分散機を適宜、組み合わせて行うことができる。混合条件(混練条件)は特に制限されず、各成分の種類及び含有量に合わせて適宜設定することができる。 Mixing (kneading) of each component in the slurry composition preparation step can be performed by appropriately combining a disperser such as a normal stirrer, a raker, a triple roll, a ball mill, and a bead mill. The mixing conditions (kneading conditions) are not particularly limited and can be appropriately set according to the type and content of each component.

スラリ組成物調製工程において、酸化物粒子、バインダ、及びスラリ溶媒の各成分の混合は、固練りによる混合であることが好ましい。ここで、固練りとは、最終的に得られるスラリ組成物よりもスラリ溶媒の割合が低い(すなわち、固形分の割合が高い)状態で混練することを意味する。このようなスラリ溶媒の割合が低い状態で混練することによって、各成分が均一に分散された混合物を得ることができる傾向にある。このときのスラリ組成物におけるスラリ溶媒の含有量は、特に限定されないが、例えば、酸化物粒子及びバインダの合計質量100質量部に対して、40質量部以上である。このように固形分を大きくすることにより、材料に強い剪断力を加えることが可能となり、バインダや酸化物粒子等の凝集を解消し、分散させることが可能になる。 In the slurry composition preparation step, the mixing of each component of the oxide particles, the binder, and the slurry solvent is preferably a mixing by kneading. Here, kneading means kneading in a state where the proportion of the slurry solvent is lower (that is, the proportion of the solid content is higher) than that of the finally obtained slurry composition. By kneading in a state where the proportion of the slurry solvent is low, it tends to be possible to obtain a mixture in which each component is uniformly dispersed. The content of the slurry solvent in the slurry composition at this time is not particularly limited, but is, for example, 40 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the total mass of the oxide particles and the binder. By increasing the solid content in this way, it is possible to apply a strong shearing force to the material, and it is possible to eliminate the agglomeration of binders, oxide particles and the like and disperse them.

スラリ組成物調製工程における完了の判断は、特に限定されないが、例えば、混合後のスラリ組成物より少量のサンプルを採取し、そのサンプル自体又はそのサンプルに溶媒を添加したものを、粒ゲージ(グラインドメータ)に滴下し、スクレーパでサンプルを掻き取ったときの粗粒のサイズを測定して、各成分が均一に分散されていることを確認することが1つの目安となり得る。上で測定した粗粒のサイズは、電解質シートの厚さ以下であることが必要であり、好ましくは、電解質シートの厚さの1/2以下であると、凹凸の少ない平滑な電解質シート得ることができて、好適である。 The determination of completion in the slurry composition preparation step is not particularly limited, but for example, a smaller amount of sample than the mixed slurry composition is taken, and the sample itself or a sample to which a solvent is added is used as a grain gauge (grind). One guideline is to measure the size of the coarse particles when the sample is dropped on a meter) and scraped off the sample with a scraper to confirm that each component is uniformly dispersed. The size of the coarse particles measured above needs to be less than or equal to the thickness of the electrolyte sheet, and preferably less than 1/2 the thickness of the electrolyte sheet to obtain a smooth electrolyte sheet with less unevenness. Is possible and suitable.

スラリ組成物は電解液をさらに含んでもよい。これにより、酸化物層を分離膜の表面に形成した後に、電解液を添加する工程を省くことができる。 The slurry composition may further contain an electrolytic solution. This makes it possible to omit the step of adding the electrolytic solution after forming the oxide layer on the surface of the separation membrane.

電解液は、リチウム塩(電解質塩)とそれを溶解可能な電解液溶媒とを含有し、リチウム塩が電解液溶媒に溶解したものである。 The electrolytic solution contains a lithium salt (electrolyte salt) and an electrolytic solution solvent capable of dissolving the lithium salt, and the lithium salt is dissolved in the electrolytic solution solvent.

リチウム塩は、正極及び負極の間でカチオンを授受させるために用いられる化合物である。リチウム塩は、低温では解離度が低く、グライム中で拡散し易いことに加え、高温により熱分解しないため、二次電池が使用可能な環境温度が広範となる点で好ましい。 Lithium salts are compounds used to transfer cations between the positive and negative electrodes. Lithium salts have a low degree of dissociation at low temperatures, easily diffuse in grime, and do not thermally decompose at high temperatures, so that the environmental temperature in which a secondary battery can be used is wide, which is preferable.

リチウム塩のアニオン成分は、特に限定されないが、例えば、ハロゲン化物イオン(I、Cl、Br等)、SCN、BF 、BF(CF、BF(C、PF 、ClO 、SbF 、N(SOF) 、N(SOCF 、N(SO 、B(C 、B(O 、C(SOF) 、C(SOCF 、CFCOO、CFSO、CSO、B(O 等でよい。電解質塩のアニオン成分は、好ましくは、N(SOF) 、N(SOCF 等のアニオン成分で例示される後述する一般式(III)で表されるアニオン成分、PF 、BF 、B(O 、又はClO である。 Anionic component of the lithium salt is not particularly limited, for example, halide ions (I -, Cl -, Br - , etc.), SCN -, BF 4 - , BF 3 (CF 3) -, BF 3 (C 2 F 5) -, PF 6 -, ClO 4 -, SbF 6 -, N (SO 2 F) 2 -, N (SO 2 CF 3) 2 -, N (SO 2 C 2 F 5) 2 -, B (C 6 H 5) 4 -, B (O 2 C 2 H 4) 2 -, C (SO 2 F) 3 -, C (SO 2 CF 3) 3 -, CF 3 COO -, CF 3 SO 2 O -, C 6 F 5 SO 2 O , B (O 2 C 2 O 2 ) 2 −, etc. may be used. The anion component of the electrolyte salt is preferably an anion component represented by the general formula (III) described later, which is exemplified by an anion component such as N (SO 2 F) 2 , N (SO 2 CF 3 ) 2 −. PF 6 , BF 4 , B (O 2 C 2 O 2 ) 2 , or ClO 4 .

なお、以下では下記の略称を用いる場合がある。
[FSI]:N(SOF) 、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン
[TFSI]:N(SOCF 、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン
[BOB]:B(O 、ビスオキサレートボラートアニオン
[f3C]:C(SOF) 、トリス(フルオロスルホニル)カルボアニオン
In the following, the following abbreviations may be used.
[FSI] : N (SO 2 F) 2 , bis (fluorosulfonyl) imide anion [TFSI] : N (SO 2 CF 3 ) 2 , bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion [BOB] : B (O 2 C 2 O 2 ) 2 , bisoxalate borate anion [f3C] : C (SO 2 F) 3 , tris (fluorosulfonyl) carbanion

リチウム塩は、特に限定されないが、例えば、LiPF、LiBF、Li[FSI]、Li[TFSI]、Li[f3C]、Li[BOB]、LiClO、LiBF(CF)、LiBF(C)、LiBF(C)、LiBF(C)、LiC(SOCF、CFSOOLi、CFCOOLi、及びR’COOLi(R’は、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基、又はナフチル基である。)からなる群より選ばれる少なくとも1種でよい。 The lithium salt is not particularly limited, but is, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , Li [FSI], Li [TFSI], Li [f3C], Li [BOB], LiClO 4 , LiBF 3 (CF 3 ), LiBF 3 ( C 2 F 5 ), LiBF 3 (C 3 F 7 ), LiBF 3 (C 4 F 9 ), LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , CF 3 SO 2 OLi, CF 3 COOLi, and R'COOLi (R' Is at least one selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a phenyl group, or a naphthyl group).

リチウム塩は、好ましくは、イミド系リチウム塩である。イミド系リチウム塩は、例えば、Li[TFSI]、Li[FSI]等でよい。 The lithium salt is preferably an imide-based lithium salt. The imide-based lithium salt may be, for example, Li [TFSI], Li [FSI] or the like.

リチウム塩に用いられる電解液溶媒として、特に限定されないが、例えば、一般式(I)で表される化合物(グライム)、及び炭酸エステル溶媒等が挙げられる。電解液は、電解液溶媒として、一般式(I)で表される化合物(グライム)を含有するものが好ましい。 The electrolyte solvent used for the lithium salt is not particularly limited, and examples thereof include a compound (glime) represented by the general formula (I), a carbonic acid ester solvent, and the like. The electrolytic solution preferably contains a compound (grime) represented by the general formula (I) as the electrolytic solution solvent.

Figure 2021153010
Figure 2021153010

一般式(I)中、R及びRはそれぞれ独立に炭素数1〜4のアルキル基を示し、yは1〜6の整数を示す。R及びRとしてのアルキル基は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基等であってよい。これらの中でも、アルキル基は、メチル基又はエチル基であることが好ましい。 In the general formula (I), R A and R B each independently represent an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, y is an integer of 1-6. The alkyl group as R A and R B are methyl group, ethyl group, n- propyl group, an isopropyl group, n- butyl group, an isobutyl group, or a t- butyl group. Among these, the alkyl group is preferably a methyl group or an ethyl group.

グライムとしては、例えば、トリエチレングリコールジメチルエーテル(「トリグライム」又は「G3」という場合がある)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(「テトラグライム」又は「G4」という場合がある)、ペンタエチレングリコールジメチルエーテル(「ペンタグライム」又は「G5」という場合がある)、ヘキサエチレングリコールジメチルエーテル(「ヘキサグライム」又は「G6」という場合がある)等が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、グライムは、好ましくはトリグライム又はテトラグライム、より好ましくはテトラグライムである。 Examples of the grime include triethylene glycol dimethyl ether (sometimes referred to as "triglyme" or "G3"), tetraethylene glycol dimethyl ether (sometimes referred to as "tetraglyme" or "G4"), and pentaethylene glycol dimethyl ether ("penta"). Glyme "or" G5 "), hexaethylene glycol dimethyl ether (sometimes referred to as" hexaglyme "or" G6 ") and the like. These may be used individually by 1 type or in combination of 2 or more type. Among these, the grime is preferably triglime or tetraglime, and more preferably tetraglime.

電解液中の一般式(I)で表される化合物(グライム)の一部又は全部は、リチウム塩と錯体を形成していてよい。 A part or all of the compound (grime) represented by the general formula (I) in the electrolytic solution may form a complex with the lithium salt.

リチウム塩に対する一般式(I)で表される化合物(グライム)のモル比(一般式(I)で表される化合物(グライム)の物質量/リチウム塩の物質量)は、0.1〜10でよい。当該モル比は、充放電特性をさらに向上させる観点から、1以上、2以上、又は3以上でもよく、5以下、4以下、又は3以下でもよい。 The molar ratio of the compound (glime) represented by the general formula (I) to the lithium salt (the amount of substance of the compound (glime) represented by the general formula (I) / the amount of substance of the lithium salt) is 0.1 to 10. Is fine. The molar ratio may be 1 or more, 2 or more, or 3 or more, or 5 or less, 4 or less, or 3 or less from the viewpoint of further improving the charge / discharge characteristics.

なお、加水分解性電解質塩(例えば、LiPF、LiBF)が炭酸エステル溶媒に溶解した電解液を電解質シートに添加することは可能である。この場合、スラリ組成物に、水を極力混入しないような工夫をすればよい。例えば、セルロース繊維は、水を含んでいるので、これを用いないか、水を含まない補強材料、例えばでんぷん、酢酸セルロース、カルボキシルメチルセルロース等を代用すればよい。 It is possible to add an electrolyte solution in which a hydrolyzable electrolyte salt (for example, LiPF 6 or LiBF 4 ) is dissolved in a carbonate ester solvent to the electrolyte sheet. In this case, the slurry composition may be devised so as not to mix water as much as possible. For example, since cellulose fibers contain water, they may not be used, or water-free reinforcing materials such as starch, cellulose acetate, and carboxylmethyl cellulose may be substituted.

スラリ組成物が電解液を含む場合には、スラリ組成物における蒸発予定の溶媒(例えば、スラリ溶媒、又はスラリ溶媒及び繊維分散溶媒)を除いた構成成分の合計質量(電解質シートの質量)に対する電解液の質量の比(電解液の含有量)は、特に限定されないが、例えば、10質量%以上90質量%以下である。 When the slurry composition contains an electrolytic solution, electrolysis with respect to the total mass (mass of the electrolyte sheet) of the components excluding the solvent to be evaporated (for example, the slurry solvent or the slurry solvent and the fiber dispersion solvent) in the slurry composition. The ratio of the mass of the liquid (content of the electrolytic solution) is not particularly limited, but is, for example, 10% by mass or more and 90% by mass or less.

スラリ組成物はセルロース繊維をさらに含んでもよい。セルロース繊維が補強材として働き、酸化物層が分離膜から脱落することを防止することができる。また、セルロース繊維は酸素を含有しているので、電解液を保持する能力がある点でも、好適である。 The slurry composition may further contain cellulose fibers. The cellulose fiber acts as a reinforcing material and can prevent the oxide layer from falling off from the separation membrane. Further, since the cellulose fiber contains oxygen, it is also preferable in that it has an ability to hold an electrolytic solution.

セルロース繊維は、特に限定されないが、例えば、針葉樹木材パルプ、広葉樹木材パルプ、エスパルトパルプ、マニラ麻パルプ、サイザル麻パルプ、コットンパルプ等の天然セルロース繊維;これらの天然セルロース繊維を有機溶剤で紡糸して得られるリヨセル等の再生セルロース繊維等でよい。電解質シートがセルロース繊維を含有することによって、電解質シートに強度を付与することができる。 The cellulose fibers are not particularly limited, but are, for example, natural cellulose fibers such as coniferous wood pulp, broadleaf wood pulp, esparto pulp, Manila hemp pulp, sisal hemp pulp, and cotton pulp; these natural cellulose fibers are spun with an organic solvent. The obtained recycled cellulose fiber such as lyocell may be used. When the electrolyte sheet contains cellulose fibers, strength can be imparted to the electrolyte sheet.

セルロース繊維の形状は、特に限定されないが、ある程度の長さをもった細長形状であればよい。セルロース繊維のアスペクト比は、特に限定されないが、電解質シートの熱収縮を抑制し易くする観点から、10以上でよく、好ましくは10を超え、より好ましくは20以上、さらに好ましくは50以上、特に好ましくは100以上である。 The shape of the cellulose fiber is not particularly limited, but it may be an elongated shape having a certain length. The aspect ratio of the cellulose fibers is not particularly limited, but may be 10 or more, preferably more than 10, more preferably 20 or more, still more preferably 50 or more, particularly preferably 50 or more, from the viewpoint of facilitating the suppression of heat shrinkage of the electrolyte sheet. Is 100 or more.

セルロース繊維のアスペクト比は、上記の酸化物粒子のアスペクト比の算出方法と同様の方法によって求めることができる。すなわち、セルロース繊維の走査型電子顕微鏡写真から、セルロース繊維の長さと繊維径とを求め、統計的に計算することができる。 The aspect ratio of the cellulose fiber can be obtained by the same method as the above-mentioned method for calculating the aspect ratio of the oxide particles. That is, the length and fiber diameter of the cellulose fibers can be obtained and statistically calculated from the scanning electron micrograph of the cellulose fibers.

セルロース繊維の平均長さは、特に限定されないが、例えば、電解質シートの熱収縮を抑制し易くする観点から、好ましくは酸化物粒子の平均粒径以上であり、より好ましくは、酸化物粒子の平均粒径の2倍以上、5倍以上、10倍以上、20倍以上、50倍以上、又は100倍以上である。繊維の平均長さは、好ましくは1μm以上、より好ましくは5μm以上、さらに好ましくは10μm以上である。繊維の平均長さは、二次電池を形成した場合の電解質シートからの突出を抑制し、電解質シートを平滑にする観点から、好ましくは、10000μm以下、5000μm以下、3000μm以下、2000μm以下、1500μm以下、1000μm以下、500μm以下、100μm以下、又は50μm以下である。本明細書における繊維の平均長さは、走査型電子顕微鏡写真において、計測の重複を避けられるように繊維全体が写真に写っているものを3枚選択して、各写真について繊維の長さの積算値を繊維の総数で割り付け、得られた値の平均値である。 The average length of the cellulose fibers is not particularly limited, but is preferably equal to or larger than the average particle size of the oxide particles, and more preferably the average of the oxide particles, for example, from the viewpoint of facilitating the suppression of heat shrinkage of the electrolyte sheet. The particle size is 2 times or more, 5 times or more, 10 times or more, 20 times or more, 50 times or more, or 100 times or more. The average length of the fibers is preferably 1 μm or more, more preferably 5 μm or more, still more preferably 10 μm or more. The average length of the fibers is preferably 10,000 μm or less, 5000 μm or less, 3000 μm or less, 2000 μm or less, 1500 μm or less from the viewpoint of suppressing protrusion from the electrolyte sheet when forming a secondary battery and smoothing the electrolyte sheet. , 1000 μm or less, 500 μm or less, 100 μm or less, or 50 μm or less. As for the average length of the fibers in the present specification, in the scanning electron micrograph, three fibers in which the entire fiber is shown in the photograph are selected so as to avoid duplication of measurement, and the length of the fiber is determined for each photograph. The integrated value is the average value obtained by allocating the total number of fibers.

繊維の平均繊維径は、特に限定されないが、例えば、好ましくは電解質シートの厚さ以下であり、より好ましくは電解質シートの厚さの1/3以下である。繊維の平均繊維径は、好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下、さらに好ましくは1μm以下である。繊維の平均繊維径を電解質シートの厚さ以下とすることによって、電解質シートを所望の厚さまで薄くすることが可能となり、また、少量の繊維の添加量でも酸化物粒子の移動を抑止することができる。また、繊維の平均繊維径は、例えば、0.01μm以上でもよい。本明細書における繊維の平均繊維径は、走査型電子顕微鏡写真において、計測の重複を避けられるように繊維全体が写真に写っているものを3枚選択して、各写真について繊維の直径の積算値を繊維の総数で割り付け、得られた値の平均値である。 The average fiber diameter of the fibers is not particularly limited, but is preferably, for example, preferably less than or equal to the thickness of the electrolyte sheet, and more preferably less than or equal to 1/3 of the thickness of the electrolyte sheet. The average fiber diameter of the fibers is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, still more preferably 1 μm or less. By setting the average fiber diameter of the fibers to be less than or equal to the thickness of the electrolyte sheet, the electrolyte sheet can be thinned to a desired thickness, and the movement of oxide particles can be suppressed even with a small amount of fiber added. can. The average fiber diameter of the fibers may be, for example, 0.01 μm or more. For the average fiber diameter of the fibers in the present specification, three fibers in which the entire fiber is shown in the photograph are selected in the scanning electron micrograph so as to avoid duplication of measurement, and the total fiber diameter is integrated for each photograph. The value is the average value obtained by allocating the value by the total number of fibers.

スラリ組成物調製工程でセルロース繊維を含むスラリ組成物を調製する場合には、通常、酸化物粒子及びバインダの混合物分散液と、セルロース繊維を繊維分散溶媒に分散させた繊維分散液とを混合する方法が用いられる。 When a slurry composition containing cellulose fibers is prepared in the slurry composition preparation step, a mixture dispersion of oxide particles and binder and a fiber dispersion in which cellulose fibers are dispersed in a fiber dispersion solvent are usually mixed. The method is used.

繊維分散溶媒としては、例えば、スラリ溶媒と同様の溶媒等が挙げられ、スラリ溶媒と同様の溶媒等が好ましい。 Examples of the fiber dispersion solvent include a solvent similar to the slurry solvent, and a solvent similar to the slurry solvent is preferable.

繊維分散液におけるセルロース繊維の質量100質量部に対する繊維分散溶媒の質量の比は、特に限定されないが、30質量部〜2000質量部である。繊維分散液におけるセルロース繊維の質量100質量部に対する繊維分散溶媒の質量の比は、好ましくは50質量部以上、より好ましくは100質量部以上、さらに好ましくは150質量部以上である。繊維分散液におけるセルロース繊維の質量100質量部に対する繊維分散溶媒の質量の比は、好ましくは1000質量部以下、より好ましくは500質量部以下、さらに好ましくは300質量部以下である。 The ratio of the mass of the fiber dispersion solvent to 100 parts by mass of the cellulose fibers in the fiber dispersion is not particularly limited, but is 30 parts by mass to 2000 parts by mass. The ratio of the mass of the fiber dispersion solvent to 100 parts by mass of the cellulose fibers in the fiber dispersion is preferably 50 parts by mass or more, more preferably 100 parts by mass or more, and further preferably 150 parts by mass or more. The ratio of the mass of the fiber dispersion solvent to 100 parts by mass of the cellulose fibers in the fiber dispersion is preferably 1000 parts by mass or less, more preferably 500 parts by mass or less, and further preferably 300 parts by mass or less.

スラリ組成物がセルロース繊維を含む場合には、スラリ組成物における蒸発予定の溶媒(例えば、スラリ溶媒、又はスラリ溶媒及び繊維分散溶媒)を除いた構成成分の合計質量(電解質シートの質量)に対するセルロース繊維の質量の比(セルロース繊維含有量)は、特に限定されないが、例えば、0.1質量%以上10質量%以下であり、好ましくは2質量%以上8質量%以下、より好ましくは3質量%以上6質量%以下、さらに好ましくは4質量%以上5質量%以下である。セルロース繊維の質量の比がこれらの範囲の下限以上であることにより、電解質シート中に繊維が均一に配合され、酸化物粒子の移動を効果的に抑止することができる。セルロース繊維の質量の比がこれらの範囲の上限以下であることにより、耐熱性の高い酸化物粒子をより多く電解質シートに配合することができ、また、最終的に得られるスラリ組成物の流動性が良好となり、電解質シートを薄くすることが可能となり得る。また、セルロース繊維とバインダが酸化物粒子を分離膜上に強く固定する働きがある。細孔内においても同様である。 When the slurry composition contains cellulose fibers, cellulose with respect to the total mass (mass of the electrolyte sheet) of the components excluding the solvent to be evaporated in the slurry composition (for example, the slurry solvent or the slurry solvent and the fiber dispersion solvent). The ratio of the mass of the fibers (cellulose fiber content) is not particularly limited, but is, for example, 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, preferably 2% by mass or more and 8% by mass or less, and more preferably 3% by mass. It is 6% by mass or less, more preferably 4% by mass or more and 5% by mass or less. When the mass ratio of the cellulose fibers is at least the lower limit of these ranges, the fibers are uniformly blended in the electrolyte sheet, and the movement of oxide particles can be effectively suppressed. When the mass ratio of the cellulose fibers is not more than the upper limit of these ranges, more oxide particles having high heat resistance can be blended in the electrolyte sheet, and the fluidity of the finally obtained slurry composition can be obtained. It may be possible to make the electrolyte sheet thinner. In addition, the cellulose fibers and the binder have a function of strongly fixing the oxide particles on the separation membrane. The same is true in the pores.

スラリ組成物調製工程において、酸化物粒子及びバインダの混合物分散液に対して、繊維分散液及び電解液を混合する順序は、特に限定されず、繊維分散液及び電解液の順でもよく、電解液及び繊維分散液の順でもよく、酸化物粒子及びバインダの混合物分散液に対して、繊維分散液及び電解液を同時に混合してもよい。酸化物粒子及びバインダの混合物分散液に対して、繊維分散液及び電解液を混合する順序は、ダマの発生をより抑制する観点から、繊維分散液及び電解液の順が好ましい。 In the slurry composition preparation step, the order in which the fiber dispersion liquid and the electrolytic solution are mixed with respect to the mixture dispersion liquid of the oxide particles and the binder is not particularly limited, and the fiber dispersion liquid and the electrolytic solution may be in that order, and the electrolytic solution may be used. And the fiber dispersion, and the fiber dispersion and the electrolytic solution may be mixed with the mixture dispersion of the oxide particles and the binder at the same time. The order of mixing the fiber dispersion and the electrolytic solution with respect to the mixture dispersion of the oxide particles and the binder is preferably the order of the fiber dispersion and the electrolytic solution from the viewpoint of further suppressing the generation of lumps.

酸化物粒子及びバインダの混合物分散液に対して、繊維分散液及び電解液を混合する場合には、各成分の混合(混練)は、通常の撹拌機、らいかい機、三本ロール、ボールミル、ビーズミル等の分散機を適宜、組み合わせて行うことができる。混合条件(混練条件)は特に限定されず、各成分の種類及び含有量に合わせて適宜設定することができる。 When the fiber dispersion and the electrolytic solution are mixed with the mixture dispersion of oxide particles and binder, the mixing (kneading) of each component is carried out by a normal stirrer, a raker, a triple roll, a ball mill, etc. Dispersers such as a bead mill can be combined as appropriate. The mixing conditions (kneading conditions) are not particularly limited, and can be appropriately set according to the type and content of each component.

スラリ組成物調製工程において、酸化物粒子及びバインダの混合物分散液を調製する場合、繊維分散液を調製する場合、及び電解液を調製する場合、並びにスラリ組成物を調製する場合には、粘度調整の観点から、スラリ溶媒、電解液溶媒、繊維分散液等の溶媒を一括で添加して混合してもよいが、溶媒を分割して添加して混合してもよく、溶媒を分割して添加して混合する工程を複数回行ってもよい。 In the slurry composition preparation step, the viscosity is adjusted when preparing a mixture dispersion of oxide particles and a binder, when preparing a fiber dispersion, when preparing an electrolytic solution, and when preparing a slurry composition. From the viewpoint of the above, solvents such as a slurry solvent, an electrolytic solution solvent, and a fiber dispersion may be added all at once and mixed, but the solvent may be divided and added and mixed, or the solvent may be divided and added. The step of mixing may be performed a plurality of times.

スラリ組成物における蒸発予定の溶媒(例えば、スラリ溶媒、又はスラリ溶媒及び繊維分散溶媒)を除いた構成成分の合計濃度は、例えば、20質量%〜80質量%でよい。電解液の保持量が多いほど、分離膜のイオン伝導度が高まり、充放電反応が進みやすくなるからである。 The total concentration of the constituent components in the slurry composition excluding the solvent to be evaporated (for example, the slurry solvent or the slurry solvent and the fiber dispersion solvent) may be, for example, 20% by mass to 80% by mass. This is because the larger the holding amount of the electrolytic solution, the higher the ionic conductivity of the separation membrane, and the easier the charge / discharge reaction proceeds.

スラリ組成物は、その他の成分を含んでもよい。その他の成分としては、例えば、樹脂繊維、ガラス繊維、フレーク状無機酸化物等が挙げられる。スラリ組成物における蒸発予定の溶媒を除いた構成成分の合計質量に対する、当該その他の成分の質量の比は、特に限定されないが、例えば、0.1質量%〜20質量%である。 The slurry composition may contain other components. Examples of other components include resin fibers, glass fibers, flake-like inorganic oxides, and the like. The ratio of the mass of the other components to the total mass of the components excluding the solvent to be evaporated in the slurry composition is not particularly limited, but is, for example, 0.1% by mass to 20% by mass.

実施形態に係るスラリ組成物の製造方法では、ダマの発生を抑制することができる。そのため、分離膜の表面に設けられる酸化物層の厚さを薄くすること(例えば、0.1μm〜10μm)が可能である。その場合にも、酸化物層にセルロース繊維を含有させることで酸化物層に充分な強度を付与し得る。 In the method for producing a slurry composition according to the embodiment, the occurrence of lumps can be suppressed. Therefore, it is possible to reduce the thickness of the oxide layer provided on the surface of the separation membrane (for example, 0.1 μm to 10 μm). Even in that case, sufficient strength can be imparted to the oxide layer by containing the cellulose fiber in the oxide layer.

スラリ組成物は、特に限定されないが、例えば、酸化物粒子と、バインダと、リチウム塩と、上記の一般式(I)で表される化合物と、セルロース繊維と、スラリ溶媒及び繊維分散溶媒とを含み、スラリ組成物におけるスラリ溶媒及び繊維分散溶媒を除いた構成成分の合計質量に対するセルロース繊維の質量の比は、0.1〜10質量%であるものが好ましい。 The slurry composition is not particularly limited, and for example, an oxide particle, a binder, a lithium salt, a compound represented by the above general formula (I), a cellulose fiber, a slurry solvent and a fiber dispersion solvent are used. The ratio of the mass of the cellulose fibers to the total mass of the constituent components excluding the slurry solvent and the fiber dispersion solvent in the slurry composition is preferably 0.1 to 10% by mass.

e.酸化物層
酸化物層は、酸化物粒子及びバインダを含むものであれば特に限定されないが、電解液を保持するものでもよい。酸化物層に電解液を保持させるためには、予めスラリ組成物に電解液を混合してもよいし、分離膜の表面に電解液を含まないスラリ組成物を塗布し溶媒(例えば、スラリ溶媒、又はスラリ溶媒及び繊維分散溶媒)を蒸発させることで形成した酸化物層に対し、電解液を浸透させてもよい。酸化物層の酸化物粒子は電解液との親和性が高いので、電解液は速やかに酸化物層及び分離膜の細孔に浸透し、酸化物層及び分離膜の細孔に一旦浸透した電解液は漏れ出さずにしっかりと保持される。
e. Oxide layer The oxide layer is not particularly limited as long as it contains oxide particles and a binder, but may hold an electrolytic solution. In order to retain the electrolytic solution in the oxide layer, the electrolytic solution may be mixed with the slurry composition in advance, or a slurry composition containing no electrolytic solution is applied to the surface of the separation membrane and a solvent (for example, a slurry solvent) is applied. , Or the oxide layer formed by evaporating the slurry solvent and the fiber dispersion solvent) may be impregnated with the electrolytic solution. Since the oxide particles of the oxide layer have a high affinity with the electrolytic solution, the electrolytic solution rapidly permeates the pores of the oxide layer and the separation membrane, and once permeates the pores of the oxide layer and the separation membrane. The liquid is held firmly without leaking.

酸化物層の厚さは、分離膜が露出して正極と直接接触することがないように、0.1μm以上とする必要がある。酸化物層の厚さをこの範囲の下限以上とすることで、酸化物層にピンホール等が発生し、分離膜の露出部分が生じることを抑制できる。酸化物層の厚さは、例えば、分離膜の厚さの10%以下であり、好ましくは分離膜の厚さの1%以下である。酸化物層の厚さをこれらの範囲の上限以下とすることで、電池の体積が増加し過ぎることを抑制できる。 The thickness of the oxide layer needs to be 0.1 μm or more so that the separation membrane is not exposed and comes into direct contact with the positive electrode. By setting the thickness of the oxide layer to the lower limit of this range or more, it is possible to prevent pinholes and the like from being generated in the oxide layer and the exposed portion of the separation film from being generated. The thickness of the oxide layer is, for example, 10% or less of the thickness of the separation membrane, preferably 1% or less of the thickness of the separation membrane. By setting the thickness of the oxide layer to be equal to or less than the upper limit of these ranges, it is possible to prevent the volume of the battery from increasing too much.

(3)電解質シート
電解質シートは、スラリ組成物調製工程と、スラリ組成物を分離膜の少なくとも一方の表面に塗布するスラリ組成物塗布工程と、スラリ組成物から除去予定の溶媒(例えば、スラリ溶媒又はスラリ溶媒及び繊維分散溶媒)を除去して、分離膜の分離膜の少なくとも一方の表面に酸化物層を形成する酸化物層形成工程と、を備える製造方法により作製される。
(3) Electrolyte sheet The electrolyte sheet has a slurry composition preparation step, a slurry composition coating step of applying the slurry composition to at least one surface of the separation membrane, and a solvent to be removed from the slurry composition (for example, a slurry solvent). Alternatively, it is produced by a production method comprising a step of forming an oxide layer in which an oxide layer is formed on at least one surface of the separation membrane of the separation membrane by removing the slurry solvent and the fiber dispersion solvent).

スラリ組成物を分離膜の少なくとも一方の表面に塗布する方法としては、特に限定されないが、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等が挙げられる。 The method of applying the slurry composition to at least one surface of the separation membrane is not particularly limited, and examples thereof include a doctor blade method, a dipping method, and a spray method.

スラリ組成物から除去予定の溶媒を除去する方法としては、特に限定されないが、例えば、スラリ組成物を加熱することで溶媒を蒸発させる方法等が挙げられる。溶媒を蒸発させる方法での加熱温度は、使用される溶媒に合わせて適宜設定することができる。また、スラリ組成物を塗布して溶媒を蒸発させる方法では、速やかに溶媒を蒸発させることで、酸化物粒子及びバインダを、分離膜の細孔に侵入させつつ、分離膜におけるスラリ組成物を塗布した面とは反対側の面にほとんど露出させないことができる。 The method for removing the solvent to be removed from the slurry composition is not particularly limited, and examples thereof include a method for evaporating the solvent by heating the slurry composition. The heating temperature in the method of evaporating the solvent can be appropriately set according to the solvent used. Further, in the method of applying the slurry composition to evaporate the solvent, the solvent is rapidly evaporated to allow the oxide particles and the binder to penetrate into the pores of the separation membrane, and the slurry composition in the separation membrane is applied. Almost no exposure can be made to the surface opposite to the surface that has been exposed.

分離膜の細孔内の酸化物粒子は、移動速度が極めて遅いか、又は細孔内を移動する途中で停止する。通常、分離膜の細孔に侵入した酸化物粒子の中でも分離膜の細孔径の1/2以下の粒径の粒子しか細孔内を自由に移動できない。また、酸化物粒子及び細孔の内壁の親和力並びに物理的な摩擦力により、少なくとも壁面に接触した酸化物粒子の移動は妨げられる。その結果、分離膜の細孔内には、理論的には分離膜の細孔径の1/3しか酸化物粒子が自由に移動できる空間が残らないことになる。さらに、分離膜の細孔が屈曲するのに伴い、酸化物粒子が自由に移動できる空間も屈曲するので、分離膜の細孔内を自由に移動できる酸化物粒子の直径はさらに小さくなる。以上のように分離膜の細孔内の酸化物粒子の移動が制限される性質を利用することにより、スラリ組成物を分離膜の一方の表面に塗布することで、分離膜におけるスラリ組成物を塗布した面とは反対側の面に酸化物粒子を実質的に露出させない構造を実現できる。分離膜の平均細孔径D及び酸化物層に含まれる酸化物粒子の平均粒径dは、酸化物粒子が分離膜の細孔に侵入し易いのでd<Dの関係式を満たすことが好ましいが、上記の構造を実現し易いのでD/3≦d<Dの関係式を満たすことがさらに好ましい。 Oxide particles in the pores of the separation membrane move very slowly or stop in the middle of moving in the pores. Normally, among the oxide particles that have penetrated into the pores of the separation membrane, only particles having a particle size of 1/2 or less of the pore diameter of the separation membrane can freely move in the pores. Further, the movement of the oxide particles in contact with at least the wall surface is hindered by the affinity of the oxide particles and the inner wall of the pores and the physical frictional force. As a result, theoretically, only 1/3 of the pore diameter of the separation membrane remains in the pores of the separation membrane so that the oxide particles can freely move. Further, as the pores of the separation membrane are bent, the space in which the oxide particles can freely move is also bent, so that the diameter of the oxide particles that can freely move in the pores of the separation membrane is further reduced. By utilizing the property of restricting the movement of oxide particles in the pores of the separation membrane as described above, the slurry composition in the separation membrane can be obtained by applying the slurry composition to one surface of the separation membrane. It is possible to realize a structure in which the oxide particles are not substantially exposed on the surface opposite to the coated surface. The average pore size D of the separation membrane and the average particle size d of the oxide particles contained in the oxide layer preferably satisfy the relational expression d <D because the oxide particles easily penetrate into the pores of the separation membrane. Since the above structure can be easily realized, it is more preferable to satisfy the relational expression of D / 3 ≦ d <D.

電解質シートの厚さは、特に限定されないが、例えば、5μm〜100μmでよい。電解質シートの厚さは、例えば、5μm以上、10μm以上、又は15μm以上でもよく、50μm以下、40μm以下、又は30μm以下でもよい。電解質シートの厚さがこれらの範囲の下限以上であることにより、正極と負極の電気絶縁性を確保することができる。電解質シートの厚さがこれらの範囲の上限以下であることにより、正極と負極のイオン伝導の抵抗を小さくすることができる。 The thickness of the electrolyte sheet is not particularly limited, but may be, for example, 5 μm to 100 μm. The thickness of the electrolyte sheet may be, for example, 5 μm or more, 10 μm or more, or 15 μm or more, and may be 50 μm or less, 40 μm or less, or 30 μm or less. When the thickness of the electrolyte sheet is at least the lower limit of these ranges, the electrical insulation between the positive electrode and the negative electrode can be ensured. When the thickness of the electrolyte sheet is not more than the upper limit of these ranges, the resistance of ion conduction between the positive electrode and the negative electrode can be reduced.

電解質シートは、特に限定されないが、分離膜と、分離膜の少なくとも一方の表面に設けられた酸化物層とを有し、酸化物層が、バインダと、酸化物粒子と、リチウム塩と、上記の一般式(I)で表される化合物と、セルロース繊維とを含み、電解質シートの合計質量に対するセルロース繊維の質量の比が0.1質量%〜10質量%であるものが好ましい。なお、当該電解質シートでは、酸化物層を、セルロース繊維を含まないものに変更してもよいし、上記の一般式(I)で表される化合物を他の電解液溶媒に置き換えてもよい。 The electrolyte sheet is not particularly limited, but has a separation membrane and an oxide layer provided on at least one surface of the separation membrane, and the oxide layer includes a binder, oxide particles, a lithium salt, and the above. It is preferable that the compound represented by the general formula (I) and the cellulose fiber are contained, and the ratio of the mass of the cellulose fiber to the total mass of the electrolyte sheet is 0.1% by mass to 10% by mass. In the electrolyte sheet, the oxide layer may be changed to one that does not contain cellulose fibers, or the compound represented by the above general formula (I) may be replaced with another electrolyte solvent.

なお、電解質シートにおける各成分の種類及び含有量は、スラリ組成物調製工程における各成分の種類及び含有量と同様にすることができる。 The type and content of each component in the electrolyte sheet can be the same as the type and content of each component in the slurry composition preparation step.

電解質シートは、ロール状に巻き取りながら連続的に製造することもできる。その場合には、電解質シートの酸化物層が設けられた側の表面が、電解質シートの反対側の表面に接触することで、その一部が分離膜に貼り付くことにより、電解質シートが破損することがある。このような事態を防ぐために、電解質シートとしては、電解質シートの酸化物層が設けられた側の表面に保護材を設けたものでもよい。 The electrolyte sheet can also be continuously produced while being wound into a roll. In that case, the surface of the electrolyte sheet on the side where the oxide layer is provided comes into contact with the surface on the opposite side of the electrolyte sheet, and a part of the surface is attached to the separation membrane, so that the electrolyte sheet is damaged. Sometimes. In order to prevent such a situation, the electrolyte sheet may be one in which a protective material is provided on the surface of the electrolyte sheet on the side where the oxide layer is provided.

保護材としては、特に限定されず、電解質シートから容易に剥離可能なものを用いることができるが、好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリ四フッ化エチレン等の無極性の樹脂フィルムである。無極性の樹脂フィルムを用いる場合には、電解質シートと保護材とが互いに貼りつかず、保護材を容易に剥離することができる。 The protective material is not particularly limited, and a material that can be easily peeled off from the electrolyte sheet can be used, but a non-polar resin film such as polyethylene, polypropylene, and polyethylene tetrafluoride is preferable. When a non-polar resin film is used, the electrolyte sheet and the protective material do not stick to each other, and the protective material can be easily peeled off.

保護材の厚さは、電解質シート及び保護材の全体の体積を小さくしつつ、強度を確保する観点から、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μmであり、また、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下、さらに好ましくは30μm以下である。 The thickness of the protective material is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm, and preferably 100 μm or less, more preferably, from the viewpoint of ensuring the strength while reducing the total volume of the electrolyte sheet and the protective material. It is 50 μm or less, more preferably 30 μm or less.

保護材の耐熱温度は、低温環境での劣化を抑制するとともに、高温環境下での軟化を抑制する観点から、好ましくは−30℃以上、より好ましくは0℃以上であり、また、好ましくは100℃以下、より好ましくは50℃以下である。保護材を設ける場合、上記の溶媒を蒸発させる工程を必須としないため、耐熱温度を高くする必要がない。 The heat-resistant temperature of the protective material is preferably −30 ° C. or higher, more preferably 0 ° C. or higher, and preferably 100, from the viewpoint of suppressing deterioration in a low temperature environment and suppressing softening in a high temperature environment. ° C or lower, more preferably 50 ° C or lower. When the protective material is provided, it is not necessary to raise the heat resistant temperature because the step of evaporating the above solvent is not essential.

電解質シートは、補強材と一体としたものでもよい。この場合には、電解質シートを自立膜として使用可能になる。その結果、自動搬送により電解質シートを正極及び負極の間に挿入することが容易になるので、電池の自動製造が可能になる。 The electrolyte sheet may be integrated with the reinforcing material. In this case, the electrolyte sheet can be used as a self-supporting membrane. As a result, the electrolyte sheet can be easily inserted between the positive electrode and the negative electrode by automatic transfer, so that the battery can be automatically manufactured.

2.正極
正極は、特に限定されないが、通常、正極集電体と、正極集電体上に設けられた正極合剤層とを有している。
2. Positive electrode The positive electrode is not particularly limited, but usually has a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer provided on the positive electrode current collector.

正極集電体は、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、又はチタン等の金属から構成された集電体でよい。正極集電体は、具体的には、例えば、孔径0.1mm〜10mmの孔を有するアルミニウム製穿孔箔、エキスパンドメタル、又は発泡金属板等でよい。正極集電体は、上記以外にも、電池の使用中に溶解、酸化等の変化を生じないものであれば、任意の材料から構成されたものでよく、その形状及び製造方法等も制限されない。 The positive electrode current collector is not particularly limited, and may be, for example, a current collector made of a metal such as aluminum, stainless steel, or titanium. Specifically, the positive electrode current collector may be, for example, an aluminum perforated foil having holes with a hole diameter of 0.1 mm to 10 mm, an expanded metal, a foamed metal plate, or the like. In addition to the above, the positive electrode current collector may be made of any material as long as it does not cause changes such as dissolution and oxidation during use of the battery, and its shape and manufacturing method are not limited. ..

正極集電体の厚さは、特に限定されないが、例えば、10μm以上100μm以下でよい。正極集電体の厚さは、正極全体の体積を小さくする観点から、好ましくは10μm以上50μm以下であり、電池を形成する際に小さな曲率で正極を捲回する観点から、より好ましくは10μm以上20μm以下である。 The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited, but may be, for example, 10 μm or more and 100 μm or less. The thickness of the positive electrode current collector is preferably 10 μm or more and 50 μm or less from the viewpoint of reducing the volume of the entire positive electrode, and more preferably 10 μm or more from the viewpoint of winding the positive electrode with a small curvature when forming a battery. It is 20 μm or less.

正極合剤層は、特に限定されないが、例えば、正極活物質と導電剤と結着剤とを含むものである。 The positive electrode mixture layer is not particularly limited, but includes, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder.

正極活物質は、特に限定されないが、例えば、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属リン酸塩等のリチウム遷移金属化合物等が挙げられる。 The positive electrode active material is not particularly limited, and examples thereof include lithium transition metal compounds such as lithium transition metal oxides and lithium transition metal phosphates.

リチウム遷移金属酸化物は、特に限定されないが、例えば、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム等でよい。リチウム遷移金属酸化物は、例えば、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム等に含有されるMn、Ni、Co等の遷移金属の一部を、1種若しくは2種以上の他の遷移金属、又はMg、Al等の金属元素(典型元素)で置換したリチウム遷移金属酸化物でもよい。すなわち、リチウム遷移金属酸化物は、LiM又はLiM(Mは少なくとも1種の遷移金属を含む)で表される化合物でもよい。リチウム遷移金属酸化物は、具体的には、例えば、Li(Co1/3Ni1/3Mn1/3)O、LiNi1/2Mn1/2、LiNi1/2Mn3/2等でよい。 The lithium transition metal oxide is not particularly limited, and may be, for example, lithium manganate, lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, or the like. The lithium transition metal oxide is, for example, a part of a transition metal such as Mn, Ni, Co contained in lithium manganate, lithium nickelate, lithium cobalt, etc., and one or more other transition metals. , Or a lithium transition metal oxide substituted with a metal element (typical element) such as Mg or Al. That is, the lithium transition metal oxide may be a compound represented by LiM 1 O 2 or LiM 1 O 4 (M 1 contains at least one transition metal). Specifically, the lithium transition metal oxide is, for example, Li (Co 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 ) O 2 , LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 , LiNi 1/2 Mn 3 /. 2 O 4 etc. may be used.

リチウム遷移金属酸化物は、エネルギー密度をさらに向上させる観点から、好ましくは式(II)で表される化合物である。 The lithium transition metal oxide is preferably a compound represented by the formula (II) from the viewpoint of further improving the energy density.

Figure 2021153010
Figure 2021153010

[式(II)中、Mは、Al、Mn、Mg、及びCaからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、a、b、c、d、及びeは、それぞれ0.2≦a≦1.2、0.5≦b≦0.9、0.1≦c≦0.4、0≦d≦0.2、−0.2≦e≦0.2、かつb+c+d=1を満たす数である。] [In formula (II), M 2 is at least one selected from the group consisting of Al, Mn, Mg, and Ca, and a, b, c, d, and e are 0.2 ≦ a ≦, respectively. A number that satisfies 1.2, 0.5 ≦ b ≦ 0.9, 0.1 ≦ c ≦ 0.4, 0 ≦ d ≦ 0.2, −0.2 ≦ e ≦ 0.2, and b + c + d = 1. Is. ]

リチウム遷移金属リン酸塩は、特に限定されないが、例えば、LiFePO、LiMnPO、LiMn 1−xPO(0.3≦x≦1、MはFe、Ni、Co、Ti、Cu、Zn、Mg、及びZrからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素である)等でよい。 The lithium transition metal phosphate is not particularly limited, but is, for example, LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiMn x M 3 1-x PO 4 (0.3 ≦ x ≦ 1, M 3 is Fe, Ni, Co, Ti, It may be at least one element selected from the group consisting of Cu, Zn, Mg, and Zr) and the like.

正極活物質は、造粒されていない一次粒子であってもよく、造粒された二次粒子であってもよい。 The positive electrode active material may be primary particles that have not been granulated, or secondary particles that have been granulated.

正極活物質の粒径は、正極合剤層の厚さ以下になるように調整される。正極活物質中に正極合剤層の厚さ以上の粒径を有する粗粒子がある場合、ふるい分級、風流分級等により粗粒子を予め除去し、正極合剤層の厚さ以下の粒径を有する正極活物質を選別する。 The particle size of the positive electrode active material is adjusted so as to be equal to or less than the thickness of the positive electrode mixture layer. If the positive electrode active material contains coarse particles having a particle size equal to or greater than the thickness of the positive electrode mixture layer, the coarse particles are removed in advance by sieving classification, wind flow classification, etc., and the particle size is equal to or less than the thickness of the positive electrode mixture layer. Select the positive electrode active material to have.

正極活物質の平均粒径(D50)は、特に限定されないが、例えば、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上である。また、好ましくは30μm以下、より好ましくは25μm以下である。正極活物質の平均粒径(D50)は、正極活物質全体の体積に対する比率(体積分率)が50%のときの粒径である。正極活物質の平均粒径(D50)は、レーザー散乱型粒径測定装置(例えば、マイクロトラック)を用いて、レーザー散乱法により水中に正極活物質を懸濁させた懸濁液を測定することで得られる。 The average particle size (D 50 ) of the positive electrode active material is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more, more preferably 1 μm or more, for example. Further, it is preferably 30 μm or less, more preferably 25 μm or less. The average particle size (D 50 ) of the positive electrode active material is the particle size when the ratio (volume fraction) to the volume of the entire positive electrode active material is 50%. The average particle size (D 50 ) of the positive electrode active material is measured by using a laser scattering type particle size measuring device (for example, Microtrac) to measure a suspension in which the positive electrode active material is suspended in water by a laser scattering method. You can get it.

正極活物質の含有量は、正極合剤層全量を基準として、70質量%以上、80質量%以上、又は85質量%以上でよい。正極活物質の含有量は、正極合剤層全量を基準として、95質量%以下、92質量%以下、又は90質量%以下でよい。 The content of the positive electrode active material may be 70% by mass or more, 80% by mass or more, or 85% by mass or more based on the total amount of the positive electrode mixture layer. The content of the positive electrode active material may be 95% by mass or less, 92% by mass or less, or 90% by mass or less based on the total amount of the positive electrode mixture layer.

導電剤は、特に限定されないが、例えば、黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、炭素繊維、カーボンナノチューブ等の炭素材料等でよい。導電剤は、上記の炭素材料の2種以上の混合物でもよい。 The conductive agent is not particularly limited, and may be, for example, a carbon material such as graphite, acetylene black, carbon black, carbon fiber, or carbon nanotube. The conductive agent may be a mixture of two or more of the above carbon materials.

導電剤の含有量は、正極合剤層全量を基準として、0.1質量%以上、1質量%以上、又は3質量%以上でよい。導電剤の含有量は、正極の体積の増加及びそれに伴うリチウム二次電池のエネルギー密度の低下を抑制する観点から、正極合剤層全量を基準として、好ましくは15質量%以下、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは8質量%以下である。 The content of the conductive agent may be 0.1% by mass or more, 1% by mass or more, or 3% by mass or more based on the total amount of the positive electrode mixture layer. The content of the conductive agent is preferably 15% by mass or less, more preferably 10 based on the total amount of the positive electrode mixture layer, from the viewpoint of suppressing the increase in the volume of the positive electrode and the accompanying decrease in the energy density of the lithium secondary battery. It is mass% or less, more preferably 8 mass% or less.

結着剤は、正極の表面で分解しないものであれば特に限定されないが、例えば、四フッ化エチレン、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、アクリル酸、マレイン酸、エチルメタクリレート、及びメチルメタクリレートからなる群より選ばれる少なくとも1種をモノマ単位として含むポリマ、並びにスチレン−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、及びアクリルゴム等のゴム等が挙げられる。結着剤は、好ましくは四フッ化エチレンとフッ化ビニリデンとを構造単位として含むコポリマである。 The binder is not particularly limited as long as it does not decompose on the surface of the positive electrode, and is, for example, a group consisting of ethylene tetrafluoride, vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, acrylic acid, maleic acid, ethyl methacrylate, and methyl methacrylate. Examples thereof include polymers containing at least one selected as a monoma unit, and rubbers such as styrene-butadiene rubber, isoprene rubber, and acrylic rubber. The binder is preferably a copolyma containing ethylene tetrafluoride and vinylidene fluoride as structural units.

結着剤の含有量は、正極合剤層全量を基準として、0.5質量%以上、1質量%以上、又は3質量%以上でよい。結着剤の含有量は、正極合剤層全量を基準として、20質量%以下、15質量%以下、又は10質量%以下でよい。 The content of the binder may be 0.5% by mass or more, 1% by mass or more, or 3% by mass or more based on the total amount of the positive electrode mixture layer. The content of the binder may be 20% by mass or less, 15% by mass or less, or 10% by mass or less based on the total amount of the positive electrode mixture layer.

正極合剤層は、イオン液体をさらに含んでもよい。イオン液体は、以下のアニオン成分及びカチオン成分を有する。なお、実施形態におけるイオン液体は、−20℃以上で液状の物質である。イオン液体は、構成するカチオンとアニオンの間に働く強い静電的な相互作用により水、溶媒等の分子性液体とは異なり、蒸気圧がほとんどないことが知られている。 The positive electrode mixture layer may further contain an ionic liquid. The ionic liquid has the following anionic and cationic components. The ionic liquid in the embodiment is a substance that is liquid at −20 ° C. or higher. It is known that ionic liquids have almost no vapor pressure, unlike molecular liquids such as water and solvents, due to the strong electrostatic interaction between the constituent cations and anions.

イオン液体のアニオン成分としては、特に限定されないが、例えば、Cl、Br、I等のハロゲンのアニオン、BF 、N(SOF) 等の無機アニオン、B(C 、CHSO、CFSO、N(SO 、N(SOCF 、N(SO 等の有機アニオン等が挙げられる。 The anion component of the ionic liquid is not particularly limited, for example, Cl -, Br -, I - and a halogen anion, BF 4 -, N (SO 2 F) 2 - or the like of the inorganic anion, B (C 6 H 5) 4 -, CH 3 SO 2 O -, CF 3 SO 2 O -, N (SO 2 C 4 F 9) 2 -, N (SO 2 CF 3) 2 -, N (SO 2 C 2 F 5 ) 2 - and organic anions and the like of.

イオン液体のアニオン成分は、好ましくは、一般式(III)で表されるアニオン成分の少なくとも1種を含む。 The anionic component of the ionic liquid preferably contains at least one of the anionic components represented by the general formula (III).

Figure 2021153010
Figure 2021153010

一般式(III)中において、m及びnは、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。m及びnは、互いに同一でも異なっていてもよく、好ましくは互いに同一である。 In the general formula (III), m and n each independently represent an integer of 0 to 5. m and n may be the same or different from each other, and are preferably the same as each other.

一般式(III)で表されるアニオン成分としては、特に限定されないが、例えば、N(SO 、N(SOF) 、N(SOCF 、及びN(SO 等が挙げられる。 The anion component represented by formula (III), is not particularly limited, for example, N (SO 2 C 4 F 9) 2 -, N (SO 2 F) 2 -, N (SO 2 CF 3) 2 -, and N (SO 2 C 2 F 5 ) 2 - and the like.

イオン液体のアニオン成分は、比較的低粘度でイオン伝導度をさらに向上させるとともに、充放電特性もさらに向上させる観点から、より好ましくは、N(SO 、CFSO、N(SOF) 、N(SOCF 、及びN(SO からなる群より選ばれる少なくとも1種を含み、さらに好ましくはN(SOF) を含む。 The anionic component of the ionic liquid is more preferably N (SO 2 C 4 F 9 ) 2 , CF 3 SO from the viewpoint of further improving the ionic conductivity and the charge / discharge characteristics with a relatively low viscosity. Includes at least one selected from the group consisting of 2 O , N (SO 2 F) 2 , N (SO 2 CF 3 ) 2 , and N (SO 2 C 2 F 5 ) 2 −, more preferably. N (SO 2 F) 2 - containing.

イオン液体のカチオン成分は、特に限定されないが、好ましくは鎖状四級オニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピリジニウムカチオン、及びイミダゾリウムカチオンからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。 The cation component of the ionic liquid is not particularly limited, but preferably contains at least one selected from the group consisting of a chain quaternary onium cation, a piperidinium cation, a pyrrolidinium cation, a pyridinium cation, and an imidazolium cation.

正極合剤層におけるイオン液体の含有量は、特に限定されないが、正極合剤層全量を基準として、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上である。正極合剤層におけるイオン液体の含有量は、正極合剤層全量を基準として、好ましくは30質量%以下、より好ましくは25質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下である。 The content of the ionic liquid in the positive electrode mixture layer is not particularly limited, but is preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, still more preferably 10% by mass or more, based on the total amount of the positive electrode mixture layer. .. The content of the ionic liquid in the positive electrode mixture layer is preferably 30% by mass or less, more preferably 25% by mass or less, still more preferably 20% by mass or less, based on the total amount of the positive electrode mixture layer.

正極合剤層におけるイオン液体には電解質塩が溶解されていてもよい。上記のスラリ組成物に用いられた電解質塩を用いることができる。 An electrolyte salt may be dissolved in the ionic liquid in the positive electrode mixture layer. The electrolyte salt used in the above slurry composition can be used.

正極合剤層の厚さは、導電率をさらに向上させる観点から、正極活物質の平均粒径以上の厚さであり、具体的には、10μm以上、15μm以上、又は20μm以上であってよい。正極合剤層の厚さは、100μm以下、80μm以下、又は70μm以下であってよい。正極合剤層の厚さを100μm以下とすることにより、正極合剤層の表面近傍及び正極集電体の表面近傍の正極活物質の充電レベルのばらつきに起因する充放電の偏りを抑制できる。 The thickness of the positive electrode mixture layer is a thickness equal to or larger than the average particle size of the positive electrode active material from the viewpoint of further improving the conductivity, and specifically, it may be 10 μm or more, 15 μm or more, or 20 μm or more. .. The thickness of the positive electrode mixture layer may be 100 μm or less, 80 μm or less, or 70 μm or less. By setting the thickness of the positive electrode mixture layer to 100 μm or less, it is possible to suppress the bias of charge / discharge due to the variation in the charge level of the positive electrode active material in the vicinity of the surface of the positive electrode mixture layer and in the vicinity of the surface of the positive electrode current collector.

3.負極
負極は、特に限定されないが、通常、負極集電体と、負極集電体上に設けられた負極合剤層とを有している。
3. 3. Negative electrode The negative electrode is not particularly limited, but usually has a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer provided on the negative electrode current collector.

負極集電体は、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、若しくはステンレス等の金属、又はそれらの合金から構成されたもの等でよい。負極集電体は、軽量で高い重量エネルギー密度を有する観点から、好ましくはアルミニウム又はその合金から構成されたものである。負極集電体は、薄膜への加工のし易さ及びコストの観点から、好ましくは銅から構成されたものである。 The negative electrode current collector is not particularly limited, but may be, for example, a metal such as aluminum, copper, nickel, or stainless steel, or one composed of an alloy thereof. The negative electrode current collector is preferably made of aluminum or an alloy thereof from the viewpoint of being lightweight and having a high weight energy density. The negative electrode current collector is preferably made of copper from the viewpoint of ease of processing into a thin film and cost.

負極集電体の厚さは、特に限定されないが、例えば、10μm以上100μm以下でよく、負極全体の体積を小さくする観点から、好ましくは10μm以上50μm以下であり、電池を形成する際に小さな曲率で負極を捲回する観点から、より好ましくは10μm以上20μm以下である。 The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited, but may be, for example, 10 μm or more and 100 μm or less, preferably 10 μm or more and 50 μm or less from the viewpoint of reducing the volume of the entire negative electrode, and a small curvature when forming a battery. From the viewpoint of winding the negative electrode, the thickness is more preferably 10 μm or more and 20 μm or less.

負極合剤層は、特に限定されないが、例えば、負極活物質と結着剤とを含むものである。 The negative electrode mixture layer is not particularly limited, but includes, for example, a negative electrode active material and a binder.

負極活物質は、特に限定されないが、エネルギーデバイス分野で常用されるものを用いることができる。負極活物質としては、例えば、金属リチウム、チタン酸リチウム(LiTi12)、リチウム合金、及びその他の金属化合物、炭素材料、金属錯体、並びに有機高分子化合物等が挙げられる。負極活物質は、これらの1種単独でもよいし、2種以上の混合物でもよい。炭素材料としては、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト)、非晶質炭素、炭素繊維、並びにアセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、及びサーマルブラック等のカーボンブラック等が挙げられる。負極活物質は、より大きな理論容量(例えば500Ah/kg〜1500Ah/kg)を得る観点から、シリコン、スズ、又はこれらの元素を含む化合物(酸化物、窒化物、若しくは他の金属との合金)でもよい。 The negative electrode active material is not particularly limited, but a material commonly used in the energy device field can be used. Examples of the negative electrode active material include metallic lithium, lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), lithium alloys, and other metal compounds, carbon materials, metal complexes, organic polymer compounds, and the like. The negative electrode active material may be one of these alone or a mixture of two or more. Carbon materials include natural graphite (scaly graphite, etc.), graphite such as artificial graphite (graphite), amorphous carbon, carbon fiber, and acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal. Examples include carbon black such as black. The negative electrode active material is silicon, tin, or a compound containing these elements (alloy with an oxide, a nitride, or another metal) from the viewpoint of obtaining a larger theoretical capacity (for example, 500 Ah / kg to 1500 Ah / kg). But it may be.

負極活物質の平均粒径(D50)は、粒径減少に伴う不可逆容量の増加を抑制しつつ、かつ電解質塩の保持能力を高めたバランスの良い負極を得る観点から、好ましくは1μm以上、より好ましくは5μm以上、さらに好ましくは10μm以上であり、また、好ましくは50μm以下、より好ましくは40μm以下、さらに好ましくは30μm以下である。負極活物質の平均粒径(D50)は、負極活物質全体の体積に対する比率(体積分率)が50%のときの粒径である。負極活物質の平均粒径(D50)は、正極活物質の平均粒径(D50)と同様の方法により測定される。 The average particle size (D 50 ) of the negative electrode active material is preferably 1 μm or more from the viewpoint of obtaining a well-balanced negative electrode having an enhanced ability to retain electrolyte salts while suppressing an increase in irreversible capacity due to a decrease in particle size. It is more preferably 5 μm or more, further preferably 10 μm or more, and preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, still more preferably 30 μm or less. The average particle size (D 50 ) of the negative electrode active material is the particle size when the ratio (volume fraction) to the volume of the entire negative electrode active material is 50%. The average particle size of the negative electrode active material (D 50) is measured in the same manner as the average particle size of the positive electrode active material (D 50).

負極活物質の含有量は、負極合剤層全量を基準として、60質量%以上、65質量%以上、又は70質量%以上でよい。負極活物質の含有量は、負極合剤層全量を基準として、99質量%以下、95質量%以下、又は90質量%以下でよい。 The content of the negative electrode active material may be 60% by mass or more, 65% by mass or more, or 70% by mass or more based on the total amount of the negative electrode mixture layer. The content of the negative electrode active material may be 99% by mass or less, 95% by mass or less, or 90% by mass or less based on the total amount of the negative electrode mixture layer.

結着剤及びその含有量は、正極合剤層における結着剤及びその含有量と同様でよい。負極合剤層は、負極の抵抗をさらに低くする観点から、導電剤をさらに含有してもよい。導電剤及びその含有量は、正極合剤層における導電剤及びその含有量と同様でよい。 The binder and its content may be the same as the binder and its content in the positive electrode mixture layer. The negative electrode mixture layer may further contain a conductive agent from the viewpoint of further lowering the resistance of the negative electrode. The conductive agent and its content may be the same as the conductive agent and its content in the positive electrode mixture layer.

負極合剤層は、イオン液体をさらに含んでもよい。イオン液体としては、正極合剤層に含まれ得るイオン液体を用いることができる。負極合剤層に含まれるイオン液体の含有量は、特に限定されないが、負極合剤層全量を基準として、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上である。負極合剤層に含まれるイオン液体の含有量は、特に限定されないが、負極合剤層全量を基準として、好ましくは30質量%以下、より好ましくは25質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下である。 The negative electrode mixture layer may further contain an ionic liquid. As the ionic liquid, an ionic liquid that can be contained in the positive electrode mixture layer can be used. The content of the ionic liquid contained in the negative electrode mixture layer is not particularly limited, but is preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, still more preferably 10% by mass or more, based on the total amount of the negative electrode mixture layer. Is. The content of the ionic liquid contained in the negative electrode mixture layer is not particularly limited, but is preferably 30% by mass or less, more preferably 25% by mass or less, still more preferably 20% by mass or less, based on the total amount of the negative electrode mixture layer. Is.

負極合剤層に含まれるイオン液体には、正極合剤層に用いられる電解質塩と同様の電解質塩が溶解されていてもよい。 The ionic liquid contained in the negative electrode mixture layer may contain an electrolyte salt similar to the electrolyte salt used in the positive electrode mixture layer.

負極合剤層の厚さは、特に限定されないが、例えば、10μm以上、15μm以上、又は20μm以上でよい。負極合剤層の厚さは、例えば、100μm以下、80μm以下、又は70μm以下でよい。 The thickness of the negative electrode mixture layer is not particularly limited, but may be, for example, 10 μm or more, 15 μm or more, or 20 μm or more. The thickness of the negative electrode mixture layer may be, for example, 100 μm or less, 80 μm or less, or 70 μm or less.

4.リチウム二次電池の製造方法
実施形態に係るリチウム二次電池の製造方法について説明する。リチウム二次電池の製造方法は、正極集電体上に正極合剤層を形成して正極を得る第1の工程と、負極集電体上に負極合剤層を形成して負極を得る第2の工程と、上記の電解質シートを正極及び負極の間に配置する第3の工程とを備える。
4. Method for Manufacturing a Lithium Secondary Battery A method for manufacturing a lithium secondary battery according to an embodiment will be described. The method for manufacturing a lithium secondary battery includes a first step of forming a positive electrode mixture layer on a positive electrode current collector to obtain a positive electrode, and a first step of forming a negative electrode mixture layer on a negative electrode current collector to obtain a negative electrode. It includes a second step and a third step of arranging the above-mentioned electrolyte sheet between the positive electrode and the negative electrode.

第1の工程において、正極集電体上に正極合剤層を形成して正極を得る方法としては、例えば、正極合剤層に用いる材料を、混合機や分散機等を用いて分散媒に分散させてスラリ状の正極合剤を得た後、正極合剤をドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等により正極集電体上に塗布し、その後分散媒を蒸発させる方法等が挙げられる。分散媒を蒸発させた後、必要に応じて、ロールプレスによる圧縮成型工程を行ってもよい。正極合剤層は、上記の正極合剤の塗布から分散媒の蒸発までの工程を複数回行うことにより、多層構造の正極合剤層として形成してもよい。 In the first step, as a method of forming a positive electrode mixture layer on the positive electrode current collector to obtain a positive electrode, for example, the material used for the positive electrode mixture layer is used as a dispersion medium by using a mixer, a disperser, or the like. Examples thereof include a method in which the positive electrode mixture is dispersed to obtain a slurry-shaped positive electrode mixture, the positive electrode mixture is applied onto the positive electrode current collector by a doctor blade method, a dipping method, a spray method, or the like, and then the dispersion medium is evaporated. After evaporating the dispersion medium, a compression molding step by a roll press may be performed, if necessary. The positive electrode mixture layer may be formed as a multilayer structure positive electrode mixture layer by performing the steps from the application of the positive electrode mixture to the evaporation of the dispersion medium a plurality of times.

第1の工程において用いられる分散媒は、水、1−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPともいう。)等であってよい。 The dispersion medium used in the first step may be water, 1-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter, also referred to as NMP) or the like.

第2の工程において、負極集電体上に負極合剤層を形成する方法は、上記の第1の工程と同様の方法であってよい。 In the second step, the method of forming the negative electrode mixture layer on the negative electrode current collector may be the same method as in the first step described above.

第3の工程において、電解質シートを正極及び負極の間に配置する方法は、例えば、保護材を設けた電解質シートから保護材を剥離し、正極、電解質シート、及び負極を、ラミネートにより積層することでリチウム二次電池が得る方法等が挙げられる。電解質シートを正極及び負極の間に配置する方法では、電解質シートが、正極の正極合剤層側かつ負極の負極合剤層側に位置するように、すなわち、正極集電体、正極合剤層、電解質シート、負極合剤層、及び負極集電体をこの順で積層する。この際には、電解質シートの酸化物層が正極の正極合剤層に対向し、かつ電解質シートの酸化物層とは反対側が負極の負極合剤層に対向するように、電解質シートを正極及び負極の間に配置することが好ましい。 In the third step, the method of arranging the electrolyte sheet between the positive electrode and the negative electrode is, for example, peeling the protective material from the electrolyte sheet provided with the protective material, and laminating the positive electrode, the electrolyte sheet, and the negative electrode by laminating. A method for obtaining a lithium secondary battery can be mentioned. In the method of arranging the electrolyte sheet between the positive electrode and the negative electrode, the electrolyte sheet is located on the positive electrode mixture layer side of the positive electrode and the negative electrode mixture layer side of the negative electrode, that is, the positive electrode current collector and the positive electrode mixture layer. , The electrolyte sheet, the negative electrode mixture layer, and the negative electrode current collector are laminated in this order. At this time, the electrolyte sheet is placed on the positive electrode and the negative electrode so that the oxide layer of the electrolyte sheet faces the positive electrode mixture layer of the positive electrode and the side opposite to the oxide layer of the electrolyte sheet faces the negative electrode mixture layer of the negative electrode. It is preferably placed between the negative electrodes.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
本発明のリチウム二次電池の試験体である評価用コイン型電池を以下の手順で作製した。
[Example 1]
An evaluation coin-type battery, which is a test body of the lithium secondary battery of the present invention, was produced by the following procedure.

(スラリ組成物の調製)
最初に、酸化物層の形成に用いるスラリ組成物を調製した。具体的には、まず、酸化物粒子として、平均粒径0.4μmの溶融シリカ(デンカ株式会社製SFP−20M)を準備し、バインダとして、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマ(PVDF−HFP、フッ化ビニリデン:ヘキサフルオロピレン=94質量%:6質量%)を準備した。
(Preparation of slurry composition)
First, a slurry composition used for forming an oxide layer was prepared. Specifically, first, molten silica (SFP-20M manufactured by Denka Co., Ltd.) having an average particle size of 0.4 μm is prepared as oxide particles, and as a binder, a copolyma (PVDF-) of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene is prepared. HFP, vinylidene fluoride: hexafluoropyrene = 94% by mass: 6% by mass) were prepared.

次に、溶融シリカ0.5質量部及びコポリマ19.5質量部を、混合機を用いて10回転/分で10分間混合した。次に、溶融シリカ及びコポリマの混合物20質量部に対して、スラリ溶媒(1−メチル−2−ピロリドン)30質量部を添加し、混合機を用いて15回転/分で20分間混合した。次に、これにより得られた混合物分散液に対して、テトラグライム(G4)(電解液溶媒)及びリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)の等モル電解液(LiTFSI/G4)を添加した。この際の等モル電解液の添加量は80質量部になるようにした。 Next, 0.5 parts by mass of molten silica and 19.5 parts by mass of copolymer were mixed at 10 rpm for 10 minutes using a mixer. Next, 30 parts by mass of a slurry solvent (1-methyl-2-pyrrolidone) was added to 20 parts by mass of the mixture of molten silica and copolyma, and the mixture was mixed at 15 rpm for 20 minutes using a mixer. Next, an equimolar electrolytic solution (LiTFSI / G4) of tetraglime (G4) (electrolyte solution solvent) and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) was added to the mixture dispersion obtained thereby. .. At this time, the amount of the equimolar electrolytic solution added was set to 80 parts by mass.

次に、電解液を添加して得られた混合物分散液を、混合機を用いて40回転/分で20分間混合した。これにより、スラリ組成物を調製した。スラリ組成物におけるスラリ溶媒を除いた構成成分及び各構成成分の含有量(スラリ組成物におけるスラリ溶媒を除いた構成成分の合計質量に対する各構成成分の質量の比)を下記表1に示す。なお、スラリ組成物において、各成分が分散されていることは、粒ゲージ(グラインドメータ)を用いた粗粒のサイズを測定することにより確認した。 Next, the mixture dispersion obtained by adding the electrolytic solution was mixed at 40 rpm for 20 minutes using a mixer. As a result, a slurry composition was prepared. Table 1 below shows the components of the slurry composition excluding the slurry solvent and the content of each component (the ratio of the mass of each component to the total mass of the components excluding the slurry solvent in the slurry composition). The fact that each component was dispersed in the slurry composition was confirmed by measuring the size of coarse grains using a grain gauge (grind meter).

(電解質シートの作製)
上記のスラリ組成物を用いて電解質シートを作製した。具体的には、まず、分離膜として、厚さ25μmで平均細孔径1μmのパルプ由来のセルロース繊維の不織布を準備した。次に、スラリ組成物を不織布の一方の表面にアプリケータを用いて塗布した。この際には、不織布からスラリの漏洩を防止するために下地にポリイミドシートを用いた。
(Preparation of electrolyte sheet)
An electrolyte sheet was prepared using the above slurry composition. Specifically, first, as a separation membrane, a non-woven fabric of cellulose fibers derived from pulp having a thickness of 25 μm and an average pore diameter of 1 μm was prepared. Next, the slurry composition was applied to one surface of the non-woven fabric using an applicator. At this time, a polyimide sheet was used as a base in order to prevent leakage of slurry from the non-woven fabric.

次に、不織布の一方の表面に塗布されたスラリ組成物を80℃で1時間加熱蒸発させることでスラリ溶媒を蒸発させた後に、不織布から下地のポリイミドシートを引き剥がした。これにより、不織布とその一方の表面に設けられた酸化物層とが一体になった電解質シートを作製した。電解質シートの厚さは26μmであった。このため、酸化物層の厚さは、電解質シートの厚さ26μmから元の不織布の厚さ25μmを差し引いて1μmと求められる。酸化物層の厚さを下記表1に示す。 Next, the slurry composition applied to one surface of the non-woven fabric was heated and evaporated at 80 ° C. for 1 hour to evaporate the slurry solvent, and then the underlying polyimide sheet was peeled off from the non-woven fabric. As a result, an electrolyte sheet in which the non-woven fabric and the oxide layer provided on one surface of the non-woven fabric were integrated was produced. The thickness of the electrolyte sheet was 26 μm. Therefore, the thickness of the oxide layer is determined to be 1 μm by subtracting the thickness of the original non-woven fabric of 25 μm from the thickness of the electrolyte sheet of 26 μm. The thickness of the oxide layer is shown in Table 1 below.

(正極の作製)
まず、層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(正極活物質)78.5質量部、アセチレンブラック(導電剤、平均粒径48nm、デンカ株式会社製HS−100)5質量部、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマ溶液(結着剤、固形分12質量%)2.5質量部、及びLi[TFSI](リチウムビス(トリフルオロスルホニル)イミド)とテトラグライムの等モル溶液14質量部を混合することにより、正極合剤スラリを調製した。次に、正極合剤スラリを集電体(厚さ20μmのアルミニウム箔)上に塗工量147g/mで塗工し、80℃で蒸発させることにより、合剤密度2.9g/cmの正極合剤層を形成した。これをφ16mmに打ち抜き、正極とした。
(Preparation of positive electrode)
First, layered lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide (positive electrode active material) 78.5 parts by mass, acetylene black (conductive agent, average particle size 48 nm, HS-100 manufactured by Denka Co., Ltd.) 5 parts by mass, fluoride 2.5 parts by mass of copolyma solution (binding agent, solid content 12% by mass) of vinylidene and hexafluoropropylene, and 14 parts by mass of equimolar solution of Li [TFSI] (lithium bis (trifluorosulfonyl) imide) and tetraglime. By mixing the parts, a positive electrode mixture slurry was prepared. Next, the positive electrode mixture slurry is applied onto a current collector (aluminum foil with a thickness of 20 μm) at a coating amount of 147 g / m 2 and evaporated at 80 ° C. to obtain a mixture density of 2.9 g / cm 3 A positive electrode mixture layer was formed. This was punched to φ16 mm to form a positive electrode.

(負極の作製)
まず、黒鉛A(負極活物質、日立化成株式会社製黒鉛)78質量部、黒鉛B(日本黒鉛工業株式会社製黒鉛)2.4質量部、炭素繊維(導電剤、昭和電工株式会社製VGCF−H、)0.6質量部、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマ溶液(結着剤、固形分12質量%)5質量部、及びLi[TFSI](リチウムビス(トリフルオロスルホニル)イミド)とテトラグライムの等モル溶液14質量部を混合することにより、負極合剤スラリを調製した。次に、負極合剤スラリを集電体(厚さ10μmの銅箔)上に塗工量68g/mで塗工し、80℃で蒸発させることにより、合剤密度1.9g/cmの負極合剤層を形成した。これをφ16mmに打ち抜き、負極とした。
(Preparation of negative electrode)
First, 78 parts by mass of graphite A (negative electrode active material, graphite manufactured by Hitachi Kasei Co., Ltd.), 2.4 parts by mass of graphite B (graphite manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.), carbon fiber (conductive agent, VGCF-manufactured by Showa Denko KK) H,) 0.6 parts by mass, 5 parts by mass of copolyma solution of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene (binding agent, solid content 12% by mass), and Li [TFSI] (lithium bis (trifluorosulfonyl) imide) To prepare a negative mixture slurry by mixing 14 parts by mass of an equimolar solution of graphite with. Next, the negative electrode mixture slurry is applied onto a current collector (copper foil with a thickness of 10 μm) at a coating amount of 68 g / m 2 and evaporated at 80 ° C. to obtain a mixture density of 1.9 g / cm 3 A negative electrode mixture layer was formed. This was punched to φ16 mm and used as a negative electrode.

(評価用コイン型電池の作製)
上記の電解質シート、正極、及び負極を用いて評価用コイン型電池を作製した。具体的には、まず、正極及び負極より若干大きくすることで短絡を防止することができるように、電解質シートをφ18mmに打ち抜いた。
(Manufacturing of coin-type batteries for evaluation)
An evaluation coin-type battery was produced using the above-mentioned electrolyte sheet, positive electrode, and negative electrode. Specifically, first, the electrolyte sheet was punched to φ18 mm so that a short circuit could be prevented by making it slightly larger than the positive electrode and the negative electrode.

次に、CR2016型のコインセル容器内に、正極、電解質シート、及び負極をこの順に重ねて配置し、絶縁性のガスケットを介して電池容器上部をかしめて密閉した。この際、電解質シートの酸化物層が正極の正極合剤層に対向し、かつ電解質シートの酸化物層とは反対側が負極の負極合剤層に対向するように、電解質シートを正極及び負極の間に配置した。また、電極には電解質シートに用いた電解液と同一組成の電解液を滴下して、電極の細孔内に電解液を保持させた。これにより、評価用コイン型電池を作製した。酸化物層の配置位置を下記表1に示す。 Next, the positive electrode, the electrolyte sheet, and the negative electrode were arranged in this order in the CR2016 type coin cell container, and the upper part of the battery container was crimped and sealed via an insulating gasket. At this time, the electrolyte sheet is used for the positive electrode and the negative electrode so that the oxide layer of the electrolyte sheet faces the positive electrode mixture layer of the positive electrode and the side opposite to the oxide layer of the electrolyte sheet faces the negative electrode mixture layer of the negative electrode. Placed in between. Further, an electrolytic solution having the same composition as the electrolytic solution used for the electrolyte sheet was dropped onto the electrode to hold the electrolytic solution in the pores of the electrode. As a result, a coin-type battery for evaluation was produced. The arrangement positions of the oxide layers are shown in Table 1 below.

[実施例2]
スラリ組成物の調製において、溶融シリカの混合量を1質量部に増加させ、コポリマの混合量を19質量部に減少させた点を除いて、実施例1と同一の条件で評価用コイン型電池を作製した。スラリ組成物におけるスラリ溶媒を除いた構成成分及び各構成成分の含有量、並びに酸化物層の厚さ及び配置位置を下記表1に示す。
[Example 2]
In the preparation of the slurry composition, the evaluation coin-type battery under the same conditions as in Example 1 except that the mixed amount of molten silica was increased to 1 part by mass and the mixed amount of copolyma was reduced to 19 parts by mass. Was produced. Table 1 below shows the components of the slurry composition excluding the slurry solvent, the contents of each component, and the thickness and arrangement position of the oxide layer.

[実施例3]
スラリ組成物の調製において、溶融シリカの混合量を5質量部に増加させ、コポリマの混合量を15質量部に減少させた点を除いて、実施例1と同一の条件で評価用コイン型電池を作製した。スラリ組成物におけるスラリ溶媒を除いた構成成分及び各構成成分の含有量、並びに酸化物層の厚さ及び配置位置を下記表1に示す。
[Example 3]
In the preparation of the slurry composition, the evaluation coin cell battery under the same conditions as in Example 1 except that the mixed amount of molten silica was increased to 5 parts by mass and the mixed amount of copolyma was reduced to 15 parts by mass. Was produced. Table 1 below shows the components of the slurry composition excluding the slurry solvent, the contents of each component, and the thickness and arrangement position of the oxide layer.

[実施例4]
スラリ組成物の調製において、溶融シリカの混合量を1質量部に増加させ、コポリマの混合量を29質量部に増加させ、LiTFSI/G4の添加量を70質量部まで減少させた点を除いて、実施例1と同一の条件で評価用コイン型電池を作製した。スラリ組成物におけるスラリ溶媒を除いた構成成分及び各構成成分の含有量、並びに酸化物層の厚さ及び配置位置を下記表1に示す。
[Example 4]
Except for the fact that in the preparation of the slurry composition, the mixed amount of molten silica was increased to 1 part by mass, the mixed amount of copolyma was increased to 29 parts by mass, and the amount of LiTFSI / G4 added was reduced to 70 parts by mass. , An evaluation coin-type battery was produced under the same conditions as in Example 1. Table 1 below shows the components of the slurry composition excluding the slurry solvent, the contents of each component, and the thickness and arrangement position of the oxide layer.

[実施例5]
スラリ組成物の調製において、溶融シリカの混合量を1質量部に増加させ、コポリマの混合量を9質量部に減少させ、LiTFSI/G4の添加量を90質量部まで増加させた点を除いて、実施例1と同一の条件で評価用コイン型電池を作製した。スラリ組成物におけるスラリ溶媒を除いた構成成分及び各構成成分の含有量、並びに酸化物層の厚さ及び配置位置を下記表1に示す。
[Example 5]
Except for the fact that in the preparation of the slurry composition, the mixed amount of molten silica was increased to 1 part by mass, the mixed amount of copolyma was reduced to 9 parts by mass, and the amount of LiTFSI / G4 added was increased to 90 parts by mass. , An evaluation coin-type battery was produced under the same conditions as in Example 1. Table 1 below shows the components of the slurry composition excluding the slurry solvent, the contents of each component, and the thickness and arrangement position of the oxide layer.

[実施例6]
スラリ組成物の調製において、溶融シリカの平均粒径を1.0μmに増加させ、溶融シリカの混合量を1質量部に増加させ、コポリマの混合量を19質量部に減少させた点を除いて、実施例1と同一の条件で評価用コイン型電池を作製した。スラリ組成物におけるスラリ溶媒を除いた構成成分及び各構成成分の含有量、並びに酸化物層の厚さ及び配置位置を下記表1に示す。
[Example 6]
Except for the fact that in the preparation of the slurry composition, the average particle size of the molten silica was increased to 1.0 μm, the mixed amount of molten silica was increased to 1 part by mass, and the mixed amount of copolima was reduced to 19 parts by mass. , An evaluation coin-type battery was produced under the same conditions as in Example 1. Table 1 below shows the components of the slurry composition excluding the slurry solvent, the contents of each component, and the thickness and arrangement position of the oxide layer.

[実施例7]
スラリ組成物の調製において、酸化物粒子を平均粒径7nmのフュームドシリカ(シグマアルドリッチ社製フュームドシリカ)に変更し、フュームドシリカの混合量を1質量部とし、コポリマの混合量を19質量部に減少させた点を除いて、実施例1と同一の条件で評価用コイン型電池を作製した。スラリ組成物におけるスラリ溶媒を除いた構成成分及び各構成成分の含有量、並びに酸化物層の厚さ及び配置位置を下記表1に示す。
[Example 7]
In the preparation of the slurry composition, the oxide particles were changed to fumed silica having an average particle size of 7 nm (fumed silica manufactured by Sigma Aldrich), the mixed amount of fumed silica was 1 part by mass, and the mixed amount of copolyma was 19. An evaluation coin-type battery was produced under the same conditions as in Example 1 except that it was reduced to a mass portion. Table 1 below shows the components of the slurry composition excluding the slurry solvent, the contents of each component, and the thickness and arrangement position of the oxide layer.

[実施例8]
スラリ組成物の調製において、溶融シリカの混合量を1質量部に増加させ、コポリマの混合量を19質量部に減少させ、電解液をLiTFSI/G4から炭酸エチレン及び炭酸エチルメチルの体積比1:2の混合電解液溶媒(EC−EMC)に濃度1モル/dmの六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を溶解させた電解液(LiPF/EC−EMC)に変更した点を除いて、実施例1と同一の条件で評価用コイン型電池を作製した。スラリ組成物におけるスラリ溶媒を除いた構成成分及び各構成成分の含有量、並びに酸化物層の厚さ及び配置位置を下記表1に示す。
[Example 8]
In the preparation of the slurry composition, the mixing amount of molten silica was increased to 1 part by mass, the mixing amount of copolyma was reduced to 19 parts by mass, and the electrolyte was changed from LiTFSI / G4 to ethylene carbonate and ethylmethyl carbonate by volume ratio 1: Except for the change to the electrolyte (LiPF 6 / EC-EMC) in which lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) having a concentration of 1 mol / dm 3 was dissolved in the mixed electrolyte solvent (EC-EMC) of 2. , An evaluation coin-type battery was produced under the same conditions as in Example 1. Table 1 below shows the components of the slurry composition excluding the slurry solvent, the contents of each component, and the thickness and arrangement position of the oxide layer.

[実施例9]
スラリ組成物の調製において、酸化物粒子を平均粒径7nmのフュームドシリカ(シグマアルドリッチ社製フュームドシリカ)に変更し、フュームドシリカの混合量を1質量部とし、コポリマの混合量を19質量部に減少させ、電解液をLiTFSI/G4から炭酸エチレン及び炭酸エチルメチルの体積比1:2の混合電解液溶媒(EC−EMC)に濃度1モル/dmの六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を溶解させた電解液(LiPF/EC−EMC)に変更した点を除いて、実施例1と同一の条件で評価用コイン型電池を作製した。スラリ組成物におけるスラリ溶媒を除いた構成成分及び各構成成分の含有量、並びに酸化物層の厚さ及び配置位置を下記表1に示す。
[Example 9]
In the preparation of the slurry composition, the oxide particles were changed to fumed silica having an average particle size of 7 nm (fumed silica manufactured by Sigma Aldrich), the mixed amount of fumed silica was 1 part by mass, and the mixed amount of copolyma was 19. Lithium hexafluorophosphate (lithium hexafluorophosphate ) having a concentration of 1 mol / dm 3 was added to a mixed electrolyte solvent (EC-EMC) having a volume ratio of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate of 1: 2 from LiTFSI / G4 by reducing the amount to parts by mass. An evaluation coin-type battery was produced under the same conditions as in Example 1 except that the electrolyte solution (LiPF 6 / EC-EMC) in which LiPF 6) was dissolved was changed. Table 1 below shows the components of the slurry composition excluding the slurry solvent, the contents of each component, and the thickness and arrangement position of the oxide layer.

[比較例1]
スラリ組成物の調製において、酸化物粒子を混合せず、コポリマの混合量を20質量部に増加した点を除いて、実施例1と同一の条件で評価用コイン型電池を作製した。スラリ組成物におけるスラリ溶媒を除いた構成成分及び各構成成分の含有量、並びに酸化物層の厚さ及び配置位置を下記表1に示す。
[Comparative Example 1]
In the preparation of the slurry composition, a coin-type battery for evaluation was produced under the same conditions as in Example 1 except that the oxide particles were not mixed and the mixing amount of copolyma was increased to 20 parts by mass. Table 1 below shows the components of the slurry composition excluding the slurry solvent, the contents of each component, and the thickness and arrangement position of the oxide layer.

[比較例2]
スラリ組成物の調製において、溶融シリカの混合量を1質量部に増加させ、コポリマの混合量を19質量部に減少させた。さらに、評価用コイン型電池の作製において、電解質シートの酸化物層が負極の負極合剤層に対向し、かつ電解質シートの酸化物層とは反対側が正極の正極合剤層に対向するように、電解質シートを正極及び負極の間に配置した。これらの点を除いて、実施例1と同一の条件で評価用コイン型電池を作製した。スラリ組成物におけるスラリ溶媒を除いた構成成分及び各構成成分の含有量、並びに酸化物層の厚さ及び配置位置を下記表1に示す。
[Comparative Example 2]
In the preparation of the slurry composition, the mixed amount of molten silica was increased to 1 part by mass, and the mixed amount of copolyma was reduced to 19 parts by mass. Further, in the production of the coin-type battery for evaluation, the oxide layer of the electrolyte sheet faces the negative electrode mixture layer of the negative electrode, and the side opposite to the oxide layer of the electrolyte sheet faces the positive electrode mixture layer of the positive electrode. , The electrolyte sheet was placed between the positive electrode and the negative electrode. Except for these points, an evaluation coin-type battery was produced under the same conditions as in Example 1. Table 1 below shows the components of the slurry composition excluding the slurry solvent, the contents of each component, and the thickness and arrangement position of the oxide layer.

[比較例3]
スラリ組成物の調製において、溶融シリカの混合量を1質量部に増加させ、コポリマの混合量を19質量部に減少させた。また、電解質シートの作製において、スラリ組成物を不織布の両方の表面に塗布し、不織布の両方の表面に塗布されたスラリ組成物を加熱蒸発させ、不織布とその両方の表面に設けられた酸化物層とが一体になった電解質シートを作製した。さらに、評価用コイン型電池の作製において、電解質シートの一方の酸化物層が正極の正極合剤層に対向し、かつ電解質シートの他方の酸化物層が負極の負極合剤層に対向するように、電解質シートを正極及び負極の間に配置した。これらの点を除いて、実施例1と同一の条件で評価用コイン型電池を作製した。スラリ組成物におけるスラリ溶媒を除いた構成成分及び各構成成分の含有量、並びに酸化物層の厚さ及び配置位置を下記表1に示す。なお、下記表1では、比較例3の酸化物層の厚さを両方の酸化物層の合計で示す。
[Comparative Example 3]
In the preparation of the slurry composition, the mixed amount of molten silica was increased to 1 part by mass, and the mixed amount of copolyma was reduced to 19 parts by mass. Further, in the preparation of the electrolyte sheet, the slurry composition is applied to both surfaces of the nonwoven fabric, and the slurry composition applied to both surfaces of the nonwoven fabric is heated and evaporated to provide oxides provided on both surfaces of the nonwoven fabric. An electrolyte sheet in which the layers were integrated was prepared. Further, in the production of the coin-type battery for evaluation, one oxide layer of the electrolyte sheet faces the positive electrode mixture layer of the positive electrode, and the other oxide layer of the electrolyte sheet faces the negative electrode mixture layer of the negative electrode. An electrolyte sheet was placed between the positive electrode and the negative electrode. Except for these points, an evaluation coin-type battery was produced under the same conditions as in Example 1. Table 1 below shows the components of the slurry composition excluding the slurry solvent, the contents of each component, and the thickness and arrangement position of the oxide layer. In Table 1 below, the thickness of the oxide layer of Comparative Example 3 is shown as the total of both oxide layers.

〈SEM観察〉
図4は、実施例3における電解質シートの一方の表面を観察したSEM写真である。不織布では、図4に示す一方の表面からスラリ組成物を塗布したので、図4に示す一方の表面で酸化物層が観察され、不織布の細孔が不明瞭となっている。写真の左下に、不織布のセルロース繊維が露出している。この右側の細孔に酸化物粒子の一部が侵入している。これに対し、図5は、実施例3における電解質シートの他方の表面を観察したSEM写真である。不織布では、図5に示す表面の反対側の表面(図4に示す表面)からスラリ組成物を塗布したので、図5に示す表面側は、網目状になったセルロース繊維が観察され、酸化物粒子が浸透しておらず、不織布の細孔が明瞭に観察された。
<SEM observation>
FIG. 4 is an SEM photograph of observing one surface of the electrolyte sheet in Example 3. In the non-woven fabric, since the slurry composition was applied from one surface shown in FIG. 4, an oxide layer was observed on one surface shown in FIG. 4, and the pores of the non-woven fabric were unclear. Non-woven cellulose fibers are exposed in the lower left of the photo. Some of the oxide particles have penetrated into the pores on the right side. On the other hand, FIG. 5 is an SEM photograph of the other surface of the electrolyte sheet in Example 3. In the non-woven fabric, the slurry composition was applied from the surface opposite to the surface shown in FIG. 5 (the surface shown in FIG. 4). Therefore, on the surface side shown in FIG. 5, reticulated cellulose fibers were observed and oxides were observed. The particles did not penetrate, and the pores of the non-woven fabric were clearly observed.

〈放電容量の測定〉
各実施例及び各比較例で作製した評価用コイン型電池について、室温(25℃)で初回の充放電サイクル試験を実施し、放電容量を測定した。具体的には、初回の充放電サイクル試験において、0.3mAの定電流にて電池電圧が4.2Vになるまで充電し、4.2Vに達した後、その電圧にて電流が0.03mAになるまで充電し、このときの電気量を充電容量として測定した。続いて、0.3mAの定電流にて電池電圧が2.7Vになるまで放電し、このときの電気量を放電容量として測定した。放電容量は、いずれの電池においても、3mAhであり、設計値通りであった。結果を下記表2に示す。
<Measurement of discharge capacity>
The evaluation coin-type batteries produced in each Example and each Comparative Example were subjected to the first charge / discharge cycle test at room temperature (25 ° C.), and the discharge capacity was measured. Specifically, in the first charge / discharge cycle test, the battery is charged with a constant current of 0.3 mA until the battery voltage reaches 4.2 V, and after reaching 4.2 V, the current is 0.03 mA at that voltage. It was charged until it became, and the amount of electricity at this time was measured as the charge capacity. Subsequently, the battery was discharged at a constant current of 0.3 mA until the battery voltage became 2.7 V, and the amount of electricity at this time was measured as the discharge capacity. The discharge capacity of all the batteries was 3 mAh, which was as designed. The results are shown in Table 2 below.

〈充放電サイクル試験による容量維持率の測定〉
放電容量の測定における初回の充放電サイクル試験と同一の条件で充放電サイクル試験を100回実施した。そして、初回の充放電サイクル試験で測定される放電容量に対する100回目の充放電サイクル試験で測定される放電容量の比を容量維持率(%)として算出した。容量維持率を下記表2に示す。
<Measurement of capacity retention rate by charge / discharge cycle test>
The charge / discharge cycle test was carried out 100 times under the same conditions as the initial charge / discharge cycle test in the measurement of the discharge capacity. Then, the ratio of the discharge capacity measured in the 100th charge / discharge cycle test to the discharge capacity measured in the first charge / discharge cycle test was calculated as the capacity retention rate (%). The capacity retention rate is shown in Table 2 below.

Figure 2021153010
Figure 2021153010

Figure 2021153010
Figure 2021153010

上記表1及び表2に示されるように、スラリ組成物における溶融シリカ(酸化物粒子)の含有量及びコポリマ(バインダ)の含有量が異なる実施例1〜3を比較すると、溶融シリカの含有量が増大するほど、容量維持率が大きい。 As shown in Tables 1 and 2 above, comparing Examples 1 to 3 in which the content of fused silica (oxide particles) and the content of copolyma (binder) in the slurry composition are different, the content of fused silica is compared. The larger the value, the larger the capacity retention rate.

これは、酸化物粒子の含有量が増大することで、酸化物粒子によるフッ化水素等の吸収量が大きくなり、負極上での還元分解量が減少したためであると推定される。 It is presumed that this is because the amount of hydrogen fluoride and the like absorbed by the oxide particles increased as the content of the oxide particles increased, and the amount of reductive decomposition on the negative electrode decreased.

また、コポリマ(バインダ)の含有量及びLiTFSI/G4(電解液)の含有量が異なる実施例2、4、及び5を比較すると、容量維持率に大きな差がない。 Further, comparing Examples 2, 4, and 5 in which the content of copolyma (binder) and the content of LiTFSI / G4 (electrolyte solution) are different, there is no significant difference in the capacity retention rate.

このことから、LiTFSI/G4の含有量は70質量%から90質量%まで変化させてもよいことがわかった。 From this, it was found that the content of LiTFSI / G4 may be changed from 70% by mass to 90% by mass.

溶融シリカ(酸化物粒子)の平均粒径が異なる実施例2及び6を比較すると、溶融シリカの平均粒径が小さいほど、容量維持率が大きい。このことは、酸化物粒子の比表面積が大きくなるほど、酸化物粒子によるフッ化水素等の吸収量が大きくなることを示唆している。 Comparing Examples 2 and 6 in which the average particle size of the molten silica (oxide particles) is different, the smaller the average particle size of the molten silica, the larger the capacity retention rate. This suggests that the larger the specific surface area of the oxide particles, the larger the amount of hydrogen fluoride or the like absorbed by the oxide particles.

また、酸化物粒子の種類が溶融シリカ及びフュームドシリカで異なる実施例6及び7を比較すると、容量維持率に大きな差がない。このことは、酸化物粒子の種類を変えても、電池の寿命が同様となることを示唆している。 Further, when Examples 6 and 7 in which the types of oxide particles are different between fused silica and fumed silica are compared, there is no significant difference in the capacity retention rate. This suggests that the battery life is the same even if the type of oxide particles is changed.

電解液の種類がそれぞれLiTFSI/G4及びLiPF/EC−EMCである実施例2及び8を比較すると、実施例8の容量維持率が高い。同様に、電解液の種類がそれぞれLiTFSI/G4及びLiPF/EC−EMCである実施例7及び9を比較しても、実施例9の容量維持率が高い。 Comparing Examples 2 and 8 in which the types of electrolytic solutions are LiTFSI / G4 and LiPF 6 / EC-EMC, respectively, the capacity retention rate of Example 8 is high. Similarly, when Examples 7 and 9 in which the types of electrolytic solutions are LiTFSI / G4 and LiPF 6 / EC-EMC, respectively, are compared, the capacity retention rate of Example 9 is high.

これらのことは、電解液の種類を、電解液溶媒として炭酸エステル溶媒を含有するものにすると、容量維持率が高くなり、特にLiPFから生成すると推定されるフッ化水素の酸化物粒子による吸収の効果が表れることを説明している。 These facts are that when the type of electrolytic solution is one containing a carbonic acid ester solvent as the electrolytic solution solvent, the capacity retention rate becomes high, and in particular, absorption by hydrogen fluoride oxide particles presumed to be produced from LiPF 6 Explains that the effect of

酸化物層を設けた実施例1及び酸化物層を設けていない比較例1を比較すると、比較例1の容量維持率が、実施例1より低下していることが認められる。 Comparing Example 1 provided with the oxide layer and Comparative Example 1 not provided with the oxide layer, it is recognized that the capacity retention rate of Comparative Example 1 is lower than that of Example 1.

また、酸化物層の配置位置が異なる実施例2、比較例2、及び比較例3を比較すると、比較例2及び比較例3の容量維持率が、実施例2より低下していることが認められる。 Further, when comparing Example 2, Comparative Example 2 and Comparative Example 3 in which the arrangement positions of the oxide layers are different, it is recognized that the capacity retention rates of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 are lower than those of Example 2. Be done.

実施例2では、不織布(分離膜)の少なくとも一方の表面に設けられた酸化物層の配置位置を正極に対向する位置とすることで、酸化物粒子により正極から発生するフッ化水素や水等を優先的に吸収することができ、負極上でのフッ化水素や水等の還元分解を抑止することができたと考えられる。 In Example 2, by setting the position of the oxide layer provided on at least one surface of the non-woven fabric (separation membrane) to be the position facing the positive electrode, hydrogen fluoride, water, etc. generated from the positive electrode by the oxide particles, etc. Was able to be preferentially absorbed, and it is considered that the reductive decomposition of hydrogen fluoride, water, etc. on the negative electrode could be suppressed.

これに対し、比較例2及び比較例3では、不織布の少なくとも一方の表面に設けられた酸化物層の配置位置を負極に対向する位置とすることで、酸化物粒子によるフッ化水素等の吸収量が低下したと考えられる。 On the other hand, in Comparative Example 2 and Comparative Example 3, by setting the position of the oxide layer provided on at least one surface of the non-woven fabric to be the position facing the negative electrode, the oxide particles absorb hydrogen fluoride and the like. It is considered that the amount has decreased.

なお、実施例1〜9の電解質シートでは、分離膜の平均細孔径D及び酸化物粒子の平均粒径dの関係から、酸化物粒子は、分離膜の細孔における酸化物層が設けられた分離膜の表面側の一部に保持されていると考えられる。また、酸化物粒子は、分離膜における酸化物層が設けられていない表面では露出していないと考えられる。 In the electrolyte sheets of Examples 1 to 9, the oxide particles were provided with an oxide layer in the pores of the separation membrane because of the relationship between the average pore size D of the separation membrane and the average particle size d of the oxide particles. It is considered that it is held on a part of the surface side of the separation membrane. Further, it is considered that the oxide particles are not exposed on the surface of the separation membrane where the oxide layer is not provided.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an example, and any one having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

1 リチウムイオン二次電池
2 電極群
2A 電極群
3 電池外装体
4 正極集電タブ
5 負極集電タブ
6 正極
7 電解質シート
8 負極
9 正極集電体
10 正極合剤層
11 負極集電体
12 負極合剤層
20 分離膜
30 酸化物層
1 Lithium ion secondary battery 2 Electrode group 2A Electrode group 3 Battery exterior 4 Positive electrode current collector tab 5 Negative electrode current collector tab 6 Positive electrode 7 Electrode sheet 8 Negative electrode 9 Positive electrode current collector 10 Positive electrode mixture layer 11 Negative electrode current collector 12 Negative electrode Mixture layer 20 Separation film 30 Oxide layer

Claims (6)

正極と、負極と、前記正極及び前記負極の間に設けられた電解質シートとを備えるリチウム二次電池であって、
前記電解質シートは、多孔質の分離膜と、前記分離膜の少なくとも一方の表面に設けられた酸化物粒子及びバインダを含む酸化物層とを有し、
前記酸化物粒子は、前記分離膜の細孔における前記表面側の一部に保持されたことを特徴とするリチウム二次電池。
A lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte sheet provided between the positive electrode and the negative electrode.
The electrolyte sheet has a porous separation membrane and an oxide layer containing oxide particles and binders provided on at least one surface of the separation membrane.
A lithium secondary battery characterized in that the oxide particles are retained in a part of the surface side of the pores of the separation membrane.
前記分離膜の平均細孔径D及び前記酸化物粒子の平均粒径dはD/3≦d<Dの関係式を満たすことを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the average pore size D of the separation membrane and the average particle size d of the oxide particles satisfy the relational expression of D / 3 ≦ d <D. 前記バインダは、ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、及びフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマ、ポリアクリル酸、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース及びそのアルカリ塩、並びにキトサンからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウム二次電池。 The binder consists of a group consisting of polyethylene tetrafluoride, polyvinylidene fluoride, and copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polyacrylic acid, polyimide, styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose and its alkali salt, and chitosan. The lithium secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the lithium secondary battery is at least one selected. 前記酸化物粒子は、SiO、Al、AlOOH、MgO、CaO、ZrO、TiO、LiLaZr12、及びBaTiOからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。 The oxide particles are SiO 2, Al 2 O 3, AlOOH, at least one MgO, CaO, selected from the group consisting of ZrO 2, TiO 2, Li 7 La 3 Zr 2 O 12, and BaTiO 3 The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the lithium secondary battery is characterized by this. 前記酸化物層の厚さは、0.1μm以上であり、かつ前記分離膜の厚さの10%以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the oxide layer is 0.1 μm or more and 10% or less of the thickness of the separation film. battery. 前記電解質シートの厚さは、5μm〜100μmであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the electrolyte sheet is 5 μm to 100 μm.
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