JP2022134091A - Electrode manufacturing method and electrode manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極製造方法及び電極製造装置に関する。 The present invention relates to an electrode manufacturing method and an electrode manufacturing apparatus.
充放電が可能な二次電池は、ウェアラブルデバイス及びスマートフォンなどの民生用小型デバイスから電気自動車及び定置用蓄電池などの大型デバイスまで、その利用シーンが近年急激に拡大している。この多様化するニーズに対し、従来の電池電極製造方式は、柔軟に製造品種を切り替えることが難しく、新たな製造方式が望まれている。 In recent years, secondary batteries that can be charged and discharged have rapidly expanded in usage scenes, from small consumer devices such as wearable devices and smartphones to large devices such as electric vehicles and stationary storage batteries. In response to these diversified needs, it is difficult for the conventional battery electrode manufacturing method to flexibly switch the manufacturing type, and a new manufacturing method is desired.
従来、二次電池用の正極と負極は、主にセラミックス及びカーボンを含む電池材料を導電助剤及びバインダーなどの副部材と混合して塗液化し、この塗液を金属基材上に連続的(アナログ的)な塗工方式でそれぞれ塗工することで製造されることが一般的である。金属基板としては、例えば、アルミ箔などが使用される。また、連続的(アナログ的)な塗工方式としては、例えば、ダイコート又はグラビア印刷などが使用される。 Conventionally, positive electrodes and negative electrodes for secondary batteries are made by mixing battery materials mainly containing ceramics and carbon with sub-members such as conductive aids and binders to form a coating liquid, and this coating liquid is continuously applied on a metal substrate. It is common to manufacture by coating each by an (analog-like) coating method. As the metal substrate, for example, aluminum foil or the like is used. As a continuous (analog) coating method, for example, die coating or gravure printing is used.
正極合材層及び負極合材層が塗工された正極及び負極は、必要な大きさ、形状に加工され、セパレータ又は固体電解質からなる絶縁性シートと組み合わされてセルの基本構造を形成する。形状加工には、主にトムソン刃などを有する打ち抜き型による打ち抜き方式を用い、電池形状の変更に際し、打ち抜き型の再設計、製造ラインの停止、及び打ち抜き型の交換などの段取り替えが必要である。また、正極及び負極のエッジ形状が複雑になるほど、打ち抜き時の電極合材層の欠けなど品質低下が課題となる。 The positive electrode and the negative electrode coated with the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer are processed into a required size and shape, and combined with an insulating sheet made of a separator or a solid electrolyte to form the basic structure of the cell. For shape processing, a punching method using a punching die with a Thomson blade, etc. is mainly used, and when changing the battery shape, it is necessary to change the setup such as redesigning the punching die, stopping the production line, and replacing the punching die. . In addition, as the edge shape of the positive electrode and the negative electrode becomes more complicated, quality deterioration such as chipping of the electrode mixture layer at the time of punching becomes a problem.
これに対し、近年レーザーによる電極切断技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。レーザーによる切断技術は、型の再設計及び段取り替えを不要とし、製造品種切り替えに伴うコストを削減することができる。また、レーザーによる切断技術は、設計自由度が高く、デバイスの形状に合わせた任意形状の電池製造を容易とする。そのため、限られた空間を有効に利用することで、高エネルギー密度の電池システムを提供できる。 On the other hand, in recent years, an electrode cutting technique using a laser has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Laser cutting technology eliminates mold redesign and setup changes, and can reduce costs associated with product changeovers. In addition, laser cutting technology has a high degree of freedom in design, making it easy to manufacture batteries of any shape that matches the shape of the device. Therefore, a battery system with high energy density can be provided by effectively utilizing the limited space.
しかしながら、レーザーで電極合材層が塗布された領域も含めて電極を切断しようとすると、電極切断部周辺に熱の影響によるダメージが加わり、電池性能の低下を生じる懸念がある。また、基材に用いる5μmから20μm程度の金属箔のみを切断するのに比べ、電極合材層を同時に切断するためには、レーザーのスキャン速度を遅くしたり、スキャン回数を増やしたりするなどの対応が必要である。そのため、レーザーを用いた加工時間が長くなり、生産性の低下及びコスト増加の要因となる。このように、従来は、設計自由度が高く、かつ、高品質で生産性の高い電極製造方法は確立されていなかった。 However, if an attempt is made to cut the electrode, including the region where the electrode mixture layer is applied, with a laser, the periphery of the cut electrode will be damaged due to the effects of heat, and there is a concern that the battery performance will deteriorate. In addition, in order to cut the electrode mixture layer at the same time as compared to cutting only the metal foil of about 5 μm to 20 μm used as the base material, it is necessary to reduce the laser scanning speed or increase the number of scanning times. Action is required. As a result, the processing time using the laser becomes long, which causes a decrease in productivity and an increase in cost. Thus, conventionally, there has not been established an electrode manufacturing method with a high degree of freedom in design, high quality, and high productivity.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、高い設計自由度と高品質で高い生産性とを両立する電極製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an electrode manufacturing method that achieves both a high degree of freedom in design, high quality, and high productivity.
本電極製造方法は、電極合材を含む電極液体組成物を基材上の任意の位置に任意の形状で塗布する第1の工程と、前記電極合材を含む電極液体組成物が塗布された位置情報を取得する第2の工程と、前記電極合材を含む電極液体組成物が塗布された電極合材領域を除く領域の任意の位置において前記基材のみを切断し、任意の形状で電極を切り抜く第3の工程と、を含む。 This electrode manufacturing method includes a first step of applying an electrode liquid composition containing an electrode mixture to an arbitrary position on a substrate in an arbitrary shape, and applying the electrode liquid composition containing the electrode mixture. In a second step of obtaining positional information, only the base material is cut at an arbitrary position in the region excluding the electrode mixture region to which the electrode liquid composition containing the electrode mixture is applied, and the electrode is formed into an arbitrary shape. and a third step of clipping out the .
開示の技術によれば、高い設計自由度と高品質で高い生産性とを両立する電極製造方法を提供できる。 According to the disclosed technology, it is possible to provide an electrode manufacturing method that achieves both a high degree of freedom in design, high quality, and high productivity.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
〈第1実施形態〉
[電極の構造]
図1は、第1実施形態に係る電極を例示する平面図である。図2は、第1実施形態に係る電極を例示する断面図であり、図1のA-A線に沿う断面を示している。
<First Embodiment>
[Electrode structure]
FIG. 1 is a plan view illustrating electrodes according to the first embodiment. FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the electrode according to the first embodiment, showing a cross section along line AA of FIG.
図1及び図2に示すように、電極10は、基材11と、基材11の一方の面11aに形成された電極合材層12とを有している。電極10は、例えば、一次電池、二次電池、又はキャパシタ等の電気化学素子に使用できるが、なかでもリチウムイオン二次電池に好適に使用できる。電極10において、基材11の厚さは例えば5μmから20μm程度であり、電極合材層12の厚さは例えば数10μmから100μm程度である。なお、基材11及び電極合材層12の平面形状(基材11の一方の面11aの法線方向から視た形状)は一例であり、図1の形状には限定されない。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
基材11の一方の面11aにおいて、未塗工部11mは、平面視で電極合材層12の外周部12pの外側に環状に設けられている。未塗工部11mは、基材11の一方の面11aが電極合材層12に被覆されずに露出している部分である。図1の低密度のドットパターンで示した部分が未塗工部11mである。
On one
未塗工部は、電極合材層12の外周部12pの外側に配置されるとは限らない。例えば、基材11及び電極合材層12を貫通する貫通孔が形成される場合があり、その場合、
未塗工部は、平面視で電極合材層12の内周部の内側(すなわち、基材11に設けられた貫通孔の周囲)にも環状に形成される。
The uncoated portion is not necessarily arranged outside the outer
The uncoated portion is also formed annularly inside the inner peripheral portion of the electrode mixture layer 12 (that is, around the through-hole provided in the substrate 11) in plan view.
なお、図1及び図2において、X方向は、電極10の長手方向である。また、Y方向は、電極10の短手方向である。また、Z方向は、電極10の厚さ方向である。X方向とY方向とZ方向とは、互いに直交する。
1 and 2, the X direction is the longitudinal direction of the
[電極の製造方法]
次に、第1実施形態に係る電極の製造方法について説明する。電極合材層12は、電極合材層12を形成するための材料である電極液体組成物を用いて、印刷プロセスを応用した塗布プロセスによって基材11上に形成できる。印刷プロセスとしては、デジタルデータによって任意の位置に任意の形状で電極液体組成物を塗布できる印刷方式を用いることが好ましく、インクジェット印刷は、デジタルイメージを直接印刷できる点から特に好適である。ここで、デジタルデータとは、数又は量に関する情報、例えば電極合材を含む電極液体組成物の塗布量、塗布形状、又は塗布位置を、数値の系列で表現したものである。
[Method for manufacturing electrode]
Next, a method for manufacturing an electrode according to the first embodiment will be described. The
以下では、第1実施形態に係る電極製造方法について、インクジェット印刷を用いる場合を例に説明する。 In the following, the electrode manufacturing method according to the first embodiment will be described with an example of using inkjet printing.
(電極合材を含む電極液体組成物を基材上に塗布する工程)
図3は、第1実施形態に係る電極製造方法を例示する図(その1)であり、電極合材を含む電極液体組成物を基材上に塗布する工程を模式的に示している。
(Step of applying an electrode liquid composition containing an electrode mixture onto a substrate)
FIG. 3 is a diagram (part 1) illustrating the electrode manufacturing method according to the first embodiment, and schematically shows a step of applying an electrode liquid composition containing an electrode mixture onto a substrate.
図3において、電極製造装置100は、インクジェットヘッド101Aと、画像センサー102Aと、搬送ベルト103とを有する。電極製造装置100は、複数のインクジェットヘッド、及び複数の画像センサーを有してもよい。
In FIG. 3, the
インクジェットヘッド101Aはラインヘッドであり、基材11に電極合材12Aを含む、インク等の電極液体組成物を吐出する。インクジェットヘッド101Aは、搬送方向と直交する方向に配置された複数のノズルを備えている。インクジェットヘッド101Aは、電極合材12Aを含む電極液体組成物を基材11上の任意の位置に任意の形状で塗布できる。
The
画像センサー102Aは、例えば、電極合材12Aを含む電極液体組成物を塗布するべき位置情報を取得する。画像センサー102Aは、例えば、CCD(Charge Coupled Device)、CMD(Cold Metal Detector)、又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等である。画像センサー102Aは、これらの中から、要求する読み取り精度及び速度に合わせて適宜選択できる。
The
搬送ベルト103は、例えば、無端状ベルトであり、2つのローラの間に掛け渡されて、周回する。ここでは、搬送ベルト103の搬送方向(副走査方向)をY方向、搬送方向と直交する方向(主走査方向)をX方向とする。これらの方向は、図1及び図2におけるX方向及びY方向と一致する。
The
電極製造装置100は、電極合材12Aを含む電極液体組成物を基材11上に塗布する前に、基材11上の電極合材12Aを含む電極液体組成物を塗布するべき位置を画像センサー102Aで得た情報に基づいて決定する。例えば、画像センサー102Aは、基材11の幅方向(X方向)に沿って基材11の端部11eからの距離を読み取り、また、基材11の搬送方向Yに沿って搬送させる速度に合わせて電極合材12Aを含む電極液体組成物の塗布間隔を計算する。
Before the electrode liquid composition containing the
図3に示すように、例えば、搬送ベルト103上には長尺状の基材11が配置されている。搬送ベルト103が基材11を搬送方向Yに沿って搬送しながら、インクジェットヘッド101Aが電極合材12Aを含む電極液体組成物をノズルから吐出する。これにより、基材11上に所定形状の電極合材12Aを含む電極液体組成物が塗布される。電極合材12Aを含む電極液体組成物は、基材11に塗布後、乾燥工程で乾燥され、電極合材層12となる。
As shown in FIG. 3 , for example, a
インクジェット印刷のようにデジタルイメージを直接印刷することができる方式を用いることで、電極合材12Aを含む電極液体組成物は、デジタルソースに基づいて任意の位置に任意の形状で基材11上に塗布できる。デジタルデータは、例えばAdobe Illustratorのような市販の描画ソフトなどを用いることで作成できる。
By using a method such as inkjet printing that can directly print a digital image, the electrode liquid composition containing the
(電極合材を含む電極液体組成物が塗布された位置情報を取得する工程)
図4及び図5は、第1実施形態に係る電極製造方法を例示する図(その2)及び(その3)であり、電極合材層12の位置情報(すなわち、塗布された電極合材12Aを含む電極液体組成物の位置情報)を取得する工程を模式的に示している。
(Step of Acquiring Position Information Where Electrode Liquid Composition Containing Electrode Mixture is Applied)
4 and 5 are diagrams (part 2) and (part 3) illustrating the electrode manufacturing method according to the first embodiment. The process of acquiring the positional information of the electrode liquid composition containing ) is schematically shown.
電極合材層12の位置情報は、例えば、画像認識により取得できる。或いは、電極合材層12の位置情報は、基材11及び電極合材層12に光を照射し、反射光を受光して基材11と電極合材層12との間に生じる段差を検出する方法により取得してもよい。画像認識を用いる方法は、搬送ベルト103の振動等の外乱の影響を受けにくく、電極合材層12の位置情報を精度よく取得できる点で好適である。以下では、画像認識により電極合材層12の位置情報を取得する場合を例に説明する。
The position information of the
図4に示すように、電極合材層12の位置情報は、画像センサー102Bを用いて取得できる。具体的には、画像センサー102Bは、例えば、電極合材12Aを含む電極液体組成物が塗布された電極合材領域(電極合材層12が形成されている領域)の端部形状12eを画像認識することで、電極合材層12の位置情報を取得できる。
As shown in FIG. 4, the position information of the
また、図5に示すように、画像センサー102Bは、電極合材12Aを含む電極液体組成物が塗布された電極合材領域(電極合材層12が形成されている領域)を除く領域に形成された印(アライメントマーク)を画像認識することで、電極合材層12の位置情報を取得してもよい。具体的には、電極合材層12の近傍に付与された少なくとも2か所のアライメントマーク300を利用して、電極合材層12の位置情報を画像認識できる。なお、画像センサーは、1つのアライメントマークに対して1つずつ配置してもよい。
Further, as shown in FIG. 5, the
これらの中で、アライメントマーク300を利用して画像認識する方法は、電極合材層12の形状に依存した画像認識のアルゴリズム変更の必要がない点で好ましい。アライメントマーク300は、例えば、インクジェット印刷又はレーザー刻印によって形成できる。
Among these, the method of image recognition using the
インクジェット印刷を用いる場合、アライメントマーク300は、画像センサー102Bによって認識可能な色材を、基材11上に例えば十字形状に印字することで形成できる。アライメントマーク300の形成に用いる色材は、電極合材層12の形成に用いる材料と同一材料を用いてもよいし、インクジェット吐出可能な色材であれば電極合材層12の形成に用いる材料とは異なる材料を用いてもよい。
When inkjet printing is used, the
このとき、アライメントマーク300の色材として、電極合材層12の形成に用いる材料と同一材料を用いることが好ましい。これにより、アライメントマーク300の形成に用いる材料を印刷するインクジェットヘッド及びインクを、電極合材層12の形成に用いる材料を印刷するインクジェットヘッド及びインクと共通化でき、印刷システムの構成を簡素化できる。
At this time, it is preferable to use the same material as the material used for forming the
なお、アライメントマーク300は、上記で示した印字以外に、レーザーを用いて形成してもよい。例えば、レーザーを用いて基材11に例えば十字形状の貫通孔を形成し、この貫通孔をアライメントマーク300として用いてもよい。
The
(電極を切り抜く工程)
図6は、第1実施形態に係る電極製造方法を例示する図(その4)であり、任意の形状で電極を切り抜く工程を模式的に示している。
(Step of cutting out electrodes)
FIG. 6 is a diagram (part 4) illustrating the electrode manufacturing method according to the first embodiment, and schematically shows a step of cutting out an electrode in an arbitrary shape.
画像認識によって電極合材層12の位置情報(すなわち、塗布された電極合材12Aを含む電極液体組成物の位置情報)を認識した後、電極合材12Aを含む電極液体組成物が塗布された電極合材領域を除く領域の任意の位置において基材11のみを切断する。例えば、図6に示すように、基材11の電極合材層12より外側の任意の位置11c(すなわち、電極合材12Aを含む電極液体組成物が塗布された領域ではない領域)において基材11のみを切断する。これにより、電極合材12Aを含む電極液体組成物を切り抜いた任意形状の電極10(図1及び図2参照)を作製できる。
After recognizing the positional information of the electrode mixture layer 12 (that is, the positional information of the electrode liquid composition containing the applied
基材11のみを切断する方法としては、デジタルデータによって加工位置を任意に指定できる工法が好ましく、レーザーヘッド104から照射されるレーザー光104Lを用いることがより好ましい。レーザーヘッド104と基材11との間に、レーザーパワー調整のためのアッテネータ、反射ミラー、レーザービーム径調整のためのビームエキスパンダ、レーザー走査のためのガルバノスキャナ、及び集光レンズなどを必要に応じて備えてもよい。レーザー光104Lの波長域としては、可視から紫外の波長域を用いることが加工精度の点から好ましく、発振パルス幅は基材11の熱影響を考慮するとナノ秒より短い方が好ましく数十ピコ秒であることがより好ましい。
As a method for cutting only the
(デジタル印刷とデジタル加工技術を組み合わせることによる効果)
上述の通り、デジタル印刷技術であるインクジェット印刷とデジタル加工技術であるレーザー切断技術を組み合わせることで、例えばそれぞれに共通して利用可能なデジタルデータを変更することにより、任意形状の電極合材層12を効率良く製造可能となる。つまり、電極製造装置100は、電極合材を含む電極液体組成物を塗布する任意の位置、電極合材を含む電極液体組成物の任意の形状、及び基材を切断する任意の位置をデジタルデータによって制御可能である。これにより、高い設計自由度の電極製造方法を実現できる。
(Effect of combining digital printing and digital processing technology)
As described above, by combining inkjet printing, which is a digital printing technology, and laser cutting technology, which is a digital processing technology, for example, by changing the digital data commonly available for each, the
レーザー切断による電極の切断については、例えば、特許文献1(特開2018-129222号公報)、特許文献2(特許6432990号)、特許文献3(特開2012-221912号公報)、及び特許文献4(特開2018-37143号公報)に開示されている。ただし、これら開示の技術は、いずれも電極を形成する材料が間欠塗工又は連続塗工された電極について、基材と共に塗布された電極合材を含む電極液体組成物もレーザーによって切断する方法である。 Regarding the cutting of electrodes by laser cutting, for example, Patent Document 1 (JP 2018-129222), Patent Document 2 (JP 6432990), Patent Document 3 (JP 2012-221912), and Patent Document 4 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2018-37143). However, all of these disclosed technologies are methods in which the electrode liquid composition containing the electrode mixture applied together with the base material is also cut by a laser for electrodes intermittently or continuously coated with a material forming the electrode. be.
これらの方法では、基材と電極合材を含む電極液体組成物のレーザーによる切断効率が大きく異なる。そのため、特許文献3に開示の通り、切断部位の変化に応じてレーザー強度の変更が必要になったり、特許文献4に開示の通り、電極合材を含む電極液体組成物の材料によってはレーザーエネルギを吸収できなかったりする。その結果、レーザー光吸収部材を印刷する工程が必要になるなど、電極を製造する工程が複雑になる。 In these methods, the laser cutting efficiency of the electrode liquid composition containing the base material and the electrode compound material differs greatly. Therefore, as disclosed in Patent Document 3, it is necessary to change the laser intensity according to changes in the cut site, and as disclosed in Patent Document 4, depending on the material of the electrode liquid composition containing the electrode mixture, the laser energy may not be absorbed. As a result, the process of manufacturing the electrode becomes complicated, such as the need for a process of printing the laser light absorbing member.
また、電極合材を含む電極液体組成物の切断速度は基材の切断速度に比べて大きく落ちるため、電極の切断工程における生産効率の低下を引き起こす。また電極合材を含む電極液体組成物に対するレーザー切断に伴う熱影響は無視できないことが特許文献1(特開2018-129222号公報)に開示されている。 In addition, since the cutting speed of the electrode liquid composition containing the electrode mixture is much lower than the cutting speed of the base material, the production efficiency in the electrode cutting process is lowered. Further, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-129222) discloses that the thermal effect of laser cutting on an electrode liquid composition containing an electrode mixture cannot be ignored.
第1実施形態に係る電極製造方法では、このような課題に対し、電極合材12Aを含む電極液体組成物を任意形状でデジタル印刷しておくことで、電極合材12Aを含む電極液体組成物が塗布された位置を避ける形で、基材11のみをレーザー切断することができる。電極合材層12を一切切断せずに基材11のみを切断することにより、電極の切断工程におけるレーザー強度の詳細設計などの工程の煩雑さ及び生産性の低下を抑止でき、切断端部近傍における電極合材を含む電極液体組成物の熱影響のない安定した品質の任意形状電極を得ることができる。すなわち、第1実施形態に係る電極製造方法では、高品質で高い生産性の電極製造方法を実現できる。
In the electrode manufacturing method according to the first embodiment, in order to solve such a problem, the electrode liquid composition containing the
なお、第1実施形態に係る電極製造方法では、電極合材層12を避けて基材11のみをレーザーで切断するため、図1及び図2に示した通り、電極合材層12が形成された電極合材領域の周囲に位置する基材11の一方の面11aに未塗工部11mが設けられる。未塗工部11mの長さL(図1参照)は、レーザーでの切断における発振パルス幅に応じて適宜調整可能であるが、10μm以上500μm以下が好ましい。長さLが10μmより小さいと、電極合材層12を形成する電極合材を含む電極液体組成物が熱影響を受けて劣化してしまう。長さLが500μmよりも大きいと、基材11の面積に対して電極合材層12の占める面積の比率が低下するため、電池のエネルギー密度が低下してしまう。
In the electrode manufacturing method according to the first embodiment, only the
以下、電極10について詳説する。
The
(基材11)
基材11は種々の金属箔又は絶縁基材を使用することができる。基材11の形態は、特に制限なく、例えば、枚葉又は長尺の帯状等である。金属箔としては、銅箔、アルミ箔、ステンレス箔、又はニッケル箔等が挙げられる。絶縁基材としては、ガラス、ガラスエポキシ、ポリイミド(PI)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、セルロース紙、又はゴム等が挙げられる。
(Base material 11)
Various metal foils or insulating substrates can be used for the
(電極合材12Aを含む電極液体組成物))
インクジェット印刷によって塗布される電極液体組成物は、少なくとも正極活物質及び負極活物質のいずれか一つを含む。インクジェット印刷によって塗布される電極液体組成物は、さらに必要に応じて、分散媒、分散剤、導電助剤、バインダー、非水電解液、固体電解質、ゲル電解質、又は重合プロセスを経てゲル電解質となるモノマーの1つ以上を含んでよい。
(Electrode Liquid Composition Containing
The electrode liquid composition applied by inkjet printing contains at least one of a positive electrode active material and a negative electrode active material. The electrode liquid composition applied by inkjet printing further becomes a gel electrolyte through a dispersion medium, a dispersant, a conductive aid, a binder, a non-aqueous electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, or a polymerization process, if necessary. It may contain one or more of the monomers.
(正極活物質)
正極活物質は単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。正極活物質としては、アルカリ金属イオンを可逆的に吸蔵及び放出可能であれば、特に制限はないが、アルカリ金属含有遷移金属化合物を用いることができる。
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used. The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly occlude and release alkali metal ions, but an alkali metal-containing transition metal compound can be used.
アルカリ金属含有遷移金属化合物としては、例えば、コバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄及びバナジウムからなる群より選択される一種以上の元素とリチウムとを含む複合酸化物等のリチウム含有遷移金属化合物が挙げられる。 Examples of alkali metal-containing transition metal compounds include lithium-containing transition metal compounds such as composite oxides containing one or more elements selected from the group consisting of cobalt, manganese, nickel, chromium, iron and vanadium and lithium. be done.
リチウム含有遷移金属化合物としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、又はマンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属酸化物が挙げられる。 Lithium-containing transition metal compounds include, for example, lithium-containing transition metal oxides such as lithium cobaltate, lithium nickelate, and lithium manganate.
アルカリ金属含有遷移金属化合物としては、結晶構造中にXO4四面体(X=P,S,As,Mo,W,又はSi等)を有するポリアニオン系化合物も用いることができる。これらの中でも、サイクル特性の点で、リン酸鉄リチウム又はリン酸バナジウムリチウム等のリチウム含有遷移金属リン酸化合物が好ましい。特に、リン酸バナジウムリチウムは、リチウム拡散係数も高く、出力特性に優れている。 As the alkali metal-containing transition metal compound, a polyanionic compound having an XO 4 tetrahedron (X=P, S, As, Mo, W, Si, etc.) in the crystal structure can also be used. Among these, a lithium-containing transition metal phosphate compound such as lithium iron phosphate or lithium vanadium phosphate is preferable in terms of cycle characteristics. In particular, lithium vanadium phosphate has a high lithium diffusion coefficient and excellent output characteristics.
なお、ポリアニオン系化合物は、電子伝導性の点で、炭素材料等の導電助剤により表面が被覆されて複合化されていることが好ましい。 From the viewpoint of electron conductivity, it is preferable that the surface of the polyanionic compound is coated with a conductive agent such as a carbon material to form a composite.
ナトリウム含有遷移金属化合物としては、例えば、NaMO2型の酸化物、亜クロム酸ナトリウム(NaCrO2)、鉄酸ナトリウム(NaFeO2)、ニッケル酸ナトリウム(NaNiO2)、コバルト酸ナトリウム(NaCoO2)、マンガン酸ナトリウム(NaMnO2)、又はバナジウム酸ナトリウム(NaVO2)等が挙げられる。Mの一部はMとNa以外の金属元素、例えば、Cr、Ni、Fe、Co、Mn、V、Ti、及びAlよりなる群から選択される少なくとも一種で置換されていてもよい。又、ナトリウム含有金属酸化物として、Na2FePO4F、NaVPO4F、NaCoPO4、NaNiPO4、NaMnPO4、NaMn1.5Ni0.5O4、又はNa2V2(PO4)3等を用いることもできる。 Examples of sodium-containing transition metal compounds include NaMO 2 type oxides, sodium chromite (NaCrO 2 ), sodium ferrate (NaFeO 2 ), sodium nickelate (NaNiO 2 ), sodium cobaltate (NaCoO 2 ), sodium manganate (NaMnO 2 ), sodium vanadate (NaVO 2 ) , and the like. Part of M may be substituted with at least one selected from the group consisting of metal elements other than M and Na, such as Cr, Ni, Fe, Co, Mn, V, Ti, and Al. Also, Na2FePO4F , NaVPO4F , NaCoPO4 , NaNiPO4 , NaMnPO4 , NaMn1.5Ni0.5O4 , or Na2V2 ( PO4 ) as sodium - containing metal oxides . 3 or the like can also be used.
(負極活物質)
負極活物質は、Liイオン又はNaイオン等のアルカリ金属イオンと合金化する金属を、吸蔵及び脱離できる材料を用いることができる。このような材料としては、遷移金属とLiとの複合酸化物、金属酸化物、合金系材料、又は遷移金属硫化物等の無機化合物、炭素材料、有機化合物、Li金属、及びNa金属等が挙げられる。
(Negative electrode active material)
As the negative electrode active material, a material capable of intercalating and deintercalating a metal alloyed with alkali metal ions such as Li ions or Na ions can be used. Examples of such materials include composite oxides of transition metals and Li, metal oxides, alloy materials, inorganic compounds such as transition metal sulfides, carbon materials, organic compounds, Li metal, and Na metal. be done.
複合酸化物としては、LiMnO2、LiMn2O4、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12、Li2Ti3O7)、マンガンチタン酸リチウム(LiMg1/2Ti3/2O4)、コバルトチタン酸リチウム(LiCo1/2Ti3/2O4)、亜鉛チタン酸リチウム(LiZn1/2Ti3/2O4)、鉄チタン酸リチウム(LiFeTiO4)、クロムチタン酸リチウム(LiCrTiO4)、ストロンチウムチタン酸リチウム(Li2SrTi6O14)、又はバリウムチタン酸リチウム(Li2BaTi6O14)等が挙げられる。 The composite oxides include LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 , Li 2 Ti 3 O 7 ), lithium manganese titanate (LiMg 1/2 Ti 3/2 O 4 ), lithium cobalt titanate (LiCo 1/2 Ti 3/2 O 4 ), lithium zinc titanate (LiZn 1/2 Ti 3/2 O 4 ), lithium iron titanate (LiFeTiO 4 ), lithium chromium titanate (LiCrTiO 4 ), lithium strontium titanate (Li 2 SrTi 6 O 14 ), or lithium barium titanate (Li 2 BaTi 6 O 14 ).
ナトリウム複合酸化物としては、チタン酸ナトリウムが挙げられ、例えばNa2Ti3O7又はNa4Ti5O12等が挙げられる。チタン酸ナトリウムのTi又はNaの一部を他元素で置換してもよい。そのような元素として、例えば、Ni、Co、Mn、Fe、Al、及びCrよりなる群から選択される少なくとも一種が挙げられる。 Examples of sodium composite oxides include sodium titanate such as Na 2 Ti 3 O 7 and Na 4 Ti 5 O 12 . Part of Ti or Na in sodium titanate may be replaced with other elements. Such elements include, for example, at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Fe, Al, and Cr.
金属酸化物としては、TiO2、Nb2TiO7、WO3、MoO2、MnO2、V2O5、SiO2、SiO、又はSnO2等が挙げられる。 Examples of metal oxides include TiO 2 , Nb 2 TiO 7 , WO 3 , MoO 2 , MnO 2 , V 2 O 5 , SiO 2 , SiO, SnO 2 and the like.
合金系材料として、Al、Si、Sn、Ge、Pb、As、又はSb等が挙げられる。遷移金属硫化物としては、FeS、又はTiS等が挙げられる。炭素材料として、黒鉛、難黒鉛化炭素、又は易黒鉛化炭素等が挙げられる。無機化合物には、上記の複合酸化物の遷移金属を異種元素で置換した化合物を用いてもよい。 Examples of alloy materials include Al, Si, Sn, Ge, Pb, As, Sb, and the like. Examples of transition metal sulfides include FeS and TiS. Examples of carbon materials include graphite, non-graphitizable carbon, and graphitizable carbon. As the inorganic compound, a compound obtained by substituting a different element for the transition metal of the above composite oxide may be used.
これらの負極活物質は、1種単独で用いてもよく、2種以上用いてもよい。 These negative electrode active materials may be used singly or in combination of two or more.
(分散媒)
分散媒としては、活物質分散させることが可能であれば、特に制限はないが、水、エチレングリコール、又はプロピレングリコール等の水性分散媒、N-メチル-2-ピロリドン、2-ピロリドン、シクロヘキサノン、乳酸エチル、酢酸ブチル、メシチレン、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジブチルエーテル、ジエチルエーテル、ジ-tert-ブチルエーテル、2-n-ブトキシメタノール、2-ジメチルエタノール、N,N-ジメチルアセトアミド、アニソール、ジエトキシエタン、ノルマルヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、又はp-メンタン等有機分散媒が挙げられる。なお、分散媒は、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
(dispersion medium)
The dispersion medium is not particularly limited as long as it can disperse the active material, but water, an aqueous dispersion medium such as ethylene glycol or propylene glycol, N-methyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidone, cyclohexanone, Ethyl lactate, butyl acetate, mesitylene, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monobutyl ether , dibutyl ether, diethyl ether, di-tert-butyl ether, 2-n-butoxymethanol, 2-dimethylethanol, N,N-dimethylacetamide, anisole, diethoxyethane, normal hexane, heptane, octane, nonane, decane, or Examples include organic dispersion media such as p-menthane. In addition, a dispersion medium may be used individually and may use 2 or more types together.
(導電助剤)
導電助剤は、予め活物質と複合化してもよいし、分散液を調製するときに添加してもよい。
(Conductivity aid)
The conductive aid may be compounded with the active material in advance, or may be added when the dispersion is prepared.
導電助剤としては、例えば、ファーネス法、アセチレン法、又はガス化法等により形成された導電性カーボンブラックの他、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、グラフェン、又は黒鉛粒子等の炭素材料を用いることができる。 As the conductive aid, for example, in addition to conductive carbon black formed by a furnace method, an acetylene method, a gasification method, or the like, carbon materials such as carbon nanofibers, carbon nanotubes, graphene, or graphite particles can be used. can.
炭素材料以外の導電助剤としては、例えば、アルミニウム等の金属粒子、又は金属繊維を用いることができる。 As the conductive aid other than the carbon material, for example, metal particles such as aluminum, or metal fibers can be used.
活物質に対する導電助剤の質量比は、10%以下であることが好ましく、8%以下であることがより好ましい。活物質に対する導電助剤の質量比が10%以下であると、分散液の安定性が向上する。 The mass ratio of the conductive aid to the active material is preferably 10% or less, more preferably 8% or less. When the mass ratio of the conductive aid to the active material is 10% or less, the stability of the dispersion is improved.
(分散剤)
分散剤としては、分散媒中の活物質、高分子粒子、又は導電助剤の分散性を向上させることが可能であれば、特に制限はないが、例えば、ポリカルボン酸系、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合系、ポリエチレングリコール、ポリカルボン酸部分アルキルエステル系、ポリエーテル系、ポリアルキレンポリアミン系等の高分子型、アルキルスルホン酸系、四級アンモニウム系、高級アルコールアルキレンオキサイド系、多価アルコールエステル系、アルキルポリアミン系等の界面活性剤型、又はポリリン酸塩系等の無機型等が挙げられる。
(dispersant)
The dispersant is not particularly limited as long as it can improve the dispersibility of the active material, polymer particles, or conductive aid in the dispersion medium. Condensation type, polyethylene glycol, polycarboxylic acid partial alkyl ester type, polyether type, polymer type such as polyalkylene polyamine type, alkyl sulfonic acid type, quaternary ammonium type, higher alcohol alkylene oxide type, polyhydric alcohol ester type, Surfactant type such as alkyl polyamine type, inorganic type such as polyphosphate type, and the like can be mentioned.
(バインダー)
バインダーは、正極材料同士若しくは負極材料同士の結着、又は、正極材料若しくは負極材料と電気伝導層との結着が、分散剤又は電解質材料で十分でない場合に加えることで、結着力を確保することができる。バインダーは、結着力を付与できれば特に制限はないが、インクジェットの吐出性の観点から粘度の上昇しない化合物がよい。バインダーは、モノマー化合物をインクジェット印刷後に高分子化させるか、又は高分子粒子を用いる方法がある。また、液体組成物の粘度を上昇させない材料としては、分散媒に分散することが可能な高分子化合物等を用いることができる。また、分散媒に溶解することが可能な高分子化合物を用いる場合は、高分子化合物が分散媒に溶解している液体組成物が、液体吐出ヘッドから吐出することが可能な粘度であればよい。
(binder)
The binder is added when the binding between the positive electrode materials or between the negative electrode materials, or the binding between the positive electrode material or the negative electrode material and the electrically conductive layer is not sufficient with the dispersant or the electrolyte material, thereby ensuring the binding force. be able to. The binder is not particularly limited as long as it can impart a binding force, but from the viewpoint of inkjet ejection properties, a compound that does not increase viscosity is preferred. As for the binder, there is a method of polymerizing a monomer compound after inkjet printing, or using polymer particles. As a material that does not increase the viscosity of the liquid composition, a polymer compound that can be dispersed in a dispersion medium can be used. When using a polymer compound that can be dissolved in a dispersion medium, the liquid composition in which the polymer compound is dissolved in the dispersion medium may have a viscosity that allows it to be ejected from the liquid ejection head. .
モノマー化合物を用いる例としては、重合可能部位を持つ化合物と重合開始材又は触媒を含み、重合可能部位を持つ化合物とが溶解している分散液を塗布した後に、加熱する方法、又は、非電離放射線、電離放射線、若しくは赤外線を照射する方法が挙げられる。 Examples of using a monomer compound include a method of applying a dispersion containing a compound having a polymerizable site and a polymerization initiator or a catalyst, in which the compound having a polymerizable site is dissolved, followed by heating, or non-ionizing. A method of irradiating radiation, ionizing radiation, or infrared rays can be mentioned.
重合可能部位を持つ化合物において、重合部位は分子内に一つでもよく、多官能でもよい。なお、多官能の重合性化合物とは、重合性基を2個以上有する化合物を意味する。多官能の重合性化合物は、加熱、又は、非電離放射線、電離放射線、若しくは赤外線の照射によって重合することが可能であれば、特に制限はない。多官能の重合性化合物としては、例えば、アクリレート樹脂、メタアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、ビニルエーテル、又はエン-チオール反応を活用した樹脂等が挙げられる。これらの中でも、生産性の観点から、アクリレート樹脂、メタアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、又はビニルエステル樹脂が好ましい。 In the compound having a polymerizable site, the polymer site may be singular or multifunctional in the molecule. In addition, a polyfunctional polymerizable compound means a compound having two or more polymerizable groups. The polyfunctional polymerizable compound is not particularly limited as long as it can be polymerized by heating or irradiation with non-ionizing radiation, ionizing radiation, or infrared rays. Examples of polyfunctional polymerizable compounds include acrylate resins, methacrylate resins, urethane acrylate resins, vinyl ester resins, unsaturated polyesters, epoxy resins, oxetane resins, vinyl ethers, and resins utilizing en-thiol reactions. be done. Among these, acrylate resins, methacrylate resins, urethane acrylate resins, or vinyl ester resins are preferable from the viewpoint of productivity.
高分子粒子を構成する材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、アクリル樹脂、ポリアミド化合物、ポリイミド化合物、ポリアミドイミド、エチレン-プロピレン-ブタジエンゴム(EPBR)、スチレン-ブタジエン共重合体、ニトリルブタジエンゴム(HNBR)、イソプレンゴム、ポリイソブテン、ポリエチレングリコール(PEO)、ポリメチルメタクリル酸(PMMA)、ポリエチレンビニルアセテート(PEVA)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテフタレート、又はポリブチレンテフタレート等が挙げられる。 Materials constituting the polymer particles include, for example, polyvinylidene fluoride, acrylic resin, polyamide compound, polyimide compound, polyamideimide, ethylene-propylene-butadiene rubber (EPBR), styrene-butadiene copolymer, nitrile-butadiene rubber (HNBR ), isoprene rubber, polyisobutene, polyethylene glycol (PEO), polymethyl methacrylic acid (PMMA), polyethylene vinyl acetate (PEVA), polyethylene, polypropylene, polyurethane, nylon, polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, or poly butylene tephthalate and the like.
高分子化合物としては、例えば、ポリアミド化合物、ポリイミド化合物、ポリアミドイミド、エチレン-プロピレン-ブタジエンゴム(EPBR)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ニトリルブタジエンゴム(NBR)、イソプレンゴム、ポリイソブテン、ポリエチレングリコール(PEO)、ポリメチルメタクリル酸(PMMA)、又はポリエチレンビニルアセテート(PEVA)等が挙げられる。 Examples of polymer compounds include polyamide compounds, polyimide compounds, polyamideimide, ethylene-propylene-butadiene rubber (EPBR), styrene-butadiene rubber (SBR), nitrile-butadiene rubber (NBR), isoprene rubber, polyisobutene, polyethylene glycol ( PEO), polymethyl methacrylic acid (PMMA), or polyethylene vinyl acetate (PEVA).
活物質に対するバインダーの質量比は、10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましい。活物質に対するバインダーの質量比が10%以下であると、吐出性を損なうことなく、電極形成時の結着力が向上する。 The mass ratio of the binder to the active material is preferably 10% or less, more preferably 5% or less. When the mass ratio of the binder to the active material is 10% or less, the binding strength at the time of electrode formation is improved without impairing the dischargeability.
〈第2実施形態〉
第2実施形態では、電子絶縁層を有する電極の例を示す。図7は、第2実施形態に係る電極を例示する平面図である。図8は、第2実施形態に係る電極を例示する断面図であり、図7のB-B線に沿う断面を示している。
<Second embodiment>
The second embodiment shows an example of an electrode having an electron insulating layer. FIG. 7 is a plan view illustrating electrodes according to the second embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an electrode according to the second embodiment, showing a cross section along line BB of FIG.
図7及び図8に示すように、電極20は、電子絶縁層21が形成された点が、電極10(図1及び図2参照)と相違する。電子絶縁層21は、電極合材層12の上面及び側面を全て被覆し、電極合材層12に電子絶縁層21から露出する部分がないことが好ましい。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
基材11の一方の面11aにおいて、未塗工部11nは、平面視で電子絶縁層21の外周部21pの外側に環状に設けられている。未塗工部11nは、基材11の一方の面11aが電極合材層12又は電子絶縁層21に被覆されずに露出している部分である。図7の低密度のドットパターンで示した部分が未塗工部11nである。
On one
(固体電解質又はゲル電解質等の積層塗布)
図9は、第2実施形態に係る電極製造方法を例示する図である。図4又は図5に示したように、電極合材層12の位置情報を画像認識により取得した後、図9に示すように電極合材層12上に電子絶縁層21の形成のため固体電解質またはゲル電解質を含有する電解質液体組成物21Aをインクジェット印刷する。このとき、電解質液体組成物21Aは電極合材層12の全体(上面及び側面)を被覆するように塗布する。電解質液体組成物21Aは、乾燥させると電子絶縁層21となる。なお、電解質液体組成物21Aは、活物質を含まず電子絶縁層形成材料を含有する液体組成物の一例である。電子絶縁層形成材料は、ここでは固体電解質またはゲル電解質である。
(Laminate application of solid electrolyte or gel electrolyte, etc.)
FIG. 9 is a diagram illustrating an electrode manufacturing method according to the second embodiment. As shown in FIG. 4 or 5, after the positional information of the
さらに第1実施形態と同様に、電子絶縁層21が形成されていない領域(電解質液体組成物21Aが塗布されていない領域)の任意の位置で基材11を切り抜く。これにより、図7及び図8に示したように、電極20において、電極合材層12の露出を防止することができ、活物質などの滑落による電池内部での短絡を防止可能な電極端部構造が得られる。
Further, as in the first embodiment, the
(電解質液体組成物)
電解質液体組成物21Aとしては、例えば、分散媒に固体電解質を分散させた液体組成物を用いることができる。電解質液体組成物21Aは、必要に応じて、分散剤、バインダー、又は重合プロセスを経てポリマーとなるモノマー等を更に含んでもよい。固体電解質の平均粒子径は、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。固体電解質の平均粒子径が10μm以下であると、液体組成物の吐出安定性及び耐沈降性が向上する。固体電解質のd10は、0.1μm以上であることが好ましい。固体電解質のd10が0.1μm以上であると、液体組成物の貯蔵安定性が向上する。
(Electrolyte liquid composition)
As the
本実施形態の電解質液体組成物は、固体電解質を含まず、ゲル電解質を含んでいてもよい。ゲル電解質は上述の通り、樹脂と、非水電解液、イオン液体、グライム、又は電解質塩とを含む。液体組成物の25℃における粘度は3mPa・s以上100mPa・s以下の範囲であることが好ましい。より好ましくは9mPa・s以上50mPa・s以下である。 The electrolyte liquid composition of the present embodiment may contain no solid electrolyte and may contain a gel electrolyte. A gel electrolyte includes a resin, a non-aqueous electrolyte, an ionic liquid, glyme, or an electrolyte salt, as described above. The viscosity of the liquid composition at 25° C. is preferably in the range of 3 mPa·s to 100 mPa·s. More preferably, it is 9 mPa·s or more and 50 mPa·s or less.
(固体電解質又はゲル電解質)
(リチウムイオン二次電池向けセラミックス固体電解質)
電解質としては、酸化物や又は硫化物などのセラミックスの固体電解質、ゲル電解質、又はセラミックスとポリマーの複合電解質が利用できる。
(Solid electrolyte or gel electrolyte)
(Ceramic solid electrolyte for lithium-ion secondary batteries)
As the electrolyte, a ceramic solid electrolyte such as an oxide or a sulfide, a gel electrolyte, or a composite electrolyte of ceramics and polymer can be used.
酸化物としては、LISICON型酸化物であるγ-Li3PO4、Li3BO4、0.75Li4GeO4-0.25Li2ZnGeO4固溶体、Li4SiO4-Zn2SiO4固溶体、Li4GeO4-Li3VO4固溶体、NASICON型酸化物であるLi1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3若しくはLi1.6Al0.6Ge0.8Ti0.6(PO4)3、ペロブスカイト型構造である(Li、La)TiO3、ガーネット型酸化物であるLa5Li3Nb2O12、Li5La3TaO12、又はLi7La3Zr2O12が挙げられる。 As oxides, LISICON type oxides such as γ-Li 3 PO 4 , Li 3 BO 4 , 0.75Li 4 GeO 4 -0.25Li 2 ZnGeO 4 solid solution, Li 4 SiO 4 -Zn 2 SiO 4 solid solution, Li Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 or Li 1.6 Al 0.6 Ge 0.8 Ti 0.6 which is 4 GeO 4 —Li 3 VO 4 solid solution, NASICON type oxide (PO 4 ) 3 , perovskite structure (Li,La)TiO 3 , garnet oxides La 5 Li 3 Nb 2 O 12 , Li 5 La 3 TaO 12 , or Li 7 La 3 Zr 2 O 12 is mentioned.
硫化物としては、Li4GeS4-Li3PS4固溶体、Li4SiS4-Li3PS4固溶体、Li3PS4-Li2S固溶体、Li2S-P2S5固溶体、Li2S-SiS2、Li10GeP2S12、Argyrodite型Li6PS5X(X=Cl、Br、I)、又はL7P3S11結晶が挙げられる。 Sulfides include Li 4 GeS 4 —Li 3 PS 4 solid solution, Li 4 SiS 4 —Li 3 PS 4 solid solution, Li 3 PS 4 —Li 2 S solid solution, Li 2 SP 2 S 5 solid solution, Li 2 S -SiS 2 , Li 10 GeP 2 S 12 , Argyrodite-type Li 6 PS 5 X (X=Cl, Br, I), or L 7 P 3 S 11 crystals.
(ナトリウムイオン二次電池向けセラミックス固体電解質)
酸化物としては、NASICON型のNa1+xZr2SixP3-xO12(0≦x≦1)、又はβアルミナ型のNa2O-11Al2O3が挙げられる。硫化物としては、Na2S-P2S5、Na3PS4、Na3SbS4、Na2S-SiS2、又はNa2S-GeS2等が挙げられる。セレン化物としては、Na3PSe4等が挙げられる。
(Ceramic solid electrolyte for sodium-ion secondary batteries)
Examples of oxides include NASICON-type Na 1+x Zr 2 Si x P 3-x O 12 (0≦x≦1) or β-alumina-type Na 2 O-11Al 2 O 3 . Sulfides include Na 2 SP 2 S 5 , Na 3 PS 4 , Na 3 SbS 4 , Na 2 S—SiS 2 , Na 2 S—GeS 2 and the like. Selenides include Na 3 PSe 4 and the like.
(ゲル電解質)
ゲル電解質は樹脂と非水電解液、イオン液体、グライム、又は電解質塩とを含む。ゲル電解質向けの樹脂としては、上記バインダーに用いているポリマー又は重合性モノマーが挙げられる。
(gel electrolyte)
Gel electrolytes include resins and non-aqueous electrolytes, ionic liquids, glymes, or electrolyte salts. Resins for gel electrolytes include the polymers and polymerizable monomers used in the above binders.
アライメントマーク300を印刷する際の電極液体組成物は、正極活物質、負極活物質、又は導電助剤等の導電性材料を含む電極液体組成物でもよいし、固体電解質又は半固体電解質等の絶縁性材料を含む電極液体組成部でもよい。切断時の脱落による電極合材層への付着を考慮すると、固体電解質又は半固体電解質等の絶縁性材料からなる電極液体組成物で印刷する方が安全性の観点からより好ましい。
The electrode liquid composition for printing the
(非水電解液)
上記のゲル電解質向けの樹脂の少なくとも一つと電解質塩を含有する非水電解液とを、樹脂に対する非水電解液の重量比が50%以上2000%以下の範囲となるように混合する。非水電解液中の電解質塩の濃度は、目的に応じて適宜選択できるが、スイング型の蓄電素子の場合、1mol/L~2mol/Lであることが好ましく、リザーブ型の蓄電素子の場合、2mol/L~4mol/Lであることが好ましい。非水電解液としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、非プロトン性有機溶媒が好ましい。
(Non-aqueous electrolyte)
At least one of the above resins for a gel electrolyte and a non-aqueous electrolyte solution containing an electrolyte salt are mixed so that the weight ratio of the non-aqueous electrolyte solution to the resin is in the range of 50% or more and 2000% or less. The concentration of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte can be appropriately selected depending on the purpose. It is preferably 2 mol/L to 4 mol/L. The non-aqueous electrolyte is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose, but an aprotic organic solvent is preferred.
非プロトン性有機溶媒としては、鎖状カーボネート又は環状カーボネート等のカーボネート系有機溶媒を用いることができる。これらの中でも、電解質塩の溶解力が高い点から、鎖状カーボネートが好ましい。又、非プロトン性有機溶媒は、吐出安定性の点から粘度が低いことが好ましい。 As the aprotic organic solvent, a carbonate-based organic solvent such as a chain carbonate or a cyclic carbonate can be used. Among these, chain carbonates are preferred because they have high dissolving power for electrolyte salts. Also, the aprotic organic solvent preferably has a low viscosity from the viewpoint of ejection stability.
鎖状カーボネートとしては、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、又はメチルエチルカーボネート(EMC)等が挙げられる。 Examples of chain carbonates include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (EMC), and the like.
非水溶媒中の鎖状カーボネートの含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、50質量%以上であることが好ましい。非水溶媒中の鎖状カーボネートの含有量が50質量%以上であると、鎖状カーボネート以外の溶媒が誘電率の高い環状物質(例えば、環状カーボネート、又は環状エステル)であっても、環状物質の含有量が少なくなる。このため、2M以上の高濃度の非水電解液を作製しても、非水電解液の粘度が低くなり、非水電解液の電極へのしみ込み及びイオン拡散が良好となる。 The content of the chain carbonate in the non-aqueous solvent is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 50% by mass or more. When the content of the chain carbonate in the non-aqueous solvent is 50% by mass or more, even if the solvent other than the chain carbonate is a cyclic substance with a high dielectric constant (for example, a cyclic carbonate or a cyclic ester), the cyclic substance content is reduced. Therefore, even if a non-aqueous electrolytic solution having a high concentration of 2 M or more is prepared, the viscosity of the non-aqueous electrolytic solution is lowered, and the penetration of the non-aqueous electrolytic solution into the electrode and ion diffusion are improved.
環状カーボネートとしては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、又はビニレンカーボネート(VC)等が挙げられる。 Examples of cyclic carbonates include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), and the like.
なお、カーボネート系有機溶媒以外の非水溶媒としては、必要に応じて、環状エステル若しくは鎖状エステル等のエステル系有機溶媒、環状エーテル、又は鎖状エーテル等のエーテル系有機溶媒等を用いることができる。 As the non-aqueous solvent other than the carbonate-based organic solvent, if necessary, an ester-based organic solvent such as a cyclic ester or a chain ester, an ether-based organic solvent such as a cyclic ether, or a chain ether may be used. can.
環状エステルとしては、例えば、γ-ブチロラクトン(γBL)、2-メチル-γ-ブチロラクトン、アセチル-γ-ブチロラクトン、又はγ-バレロラクトン等が挙げられる。 Cyclic esters include, for example, γ-butyrolactone (γBL), 2-methyl-γ-butyrolactone, acetyl-γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and the like.
鎖状エステルとしては、例えば、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル(酢酸メチル(MA)、又は酢酸エチル等)、又はギ酸アルキルエステル(ギ酸メチル(MF)、又はギ酸エチル等)等が挙げられる。 Examples of chain esters include alkyl propionate, dialkyl malonate, alkyl acetate (methyl acetate (MA), ethyl acetate, etc.), or alkyl formate (methyl formate (MF), ethyl formate, etc.). etc.
環状エーテルとしては、例えば、テトラヒドロフラン、アルキルテトラヒドロフラン、アルコキシテトラヒドロフラン、ジアルコキシテトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラン、アルキル-1,3-ジオキソラン、又は1,4-ジオキソラン等が挙げられる。 Cyclic ethers include, for example, tetrahydrofuran, alkyltetrahydrofuran, alkoxytetrahydrofuran, dialkoxytetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, alkyl-1,3-dioxolane, 1,4-dioxolane and the like.
鎖状エーテルとしては、例えば、1,2-ジメトシキエタン(DME)、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、トリエチレングリコールジアルキルエーテル、又はテトラエチレングリコールジアルキルエーテル等が挙げられる。 Examples of chain ethers include 1,2-dimethoxyethane (DME), diethyl ether, ethylene glycol dialkyl ether, diethylene glycol dialkyl ether, triethylene glycol dialkyl ether, tetraethylene glycol dialkyl ether, and the like.
(イオン液体)
イオン液体としては、カチオン種はLi+又はNa+、BMP(1-butyl-1-methylpyrrolidinium)、EMI(1-ethyl-3-methylimidazolium)、及びBMMI(1-butyl-2,3-dimethylimidazoliumを少なくとも一つ含み、アニオン種は、TFSI(bis(trifluoromethaneSulfonyl)imide、又はFSI(bisfluorosulfonyl)imideが挙げられる。
(ionic liquid)
For ionic liquids, the cationic species are at least Li + or Na + , BMP (1-butyl-1-methylpyrrolidinium), EMI (1-ethyl-3-methylimidazolium), and BMMI (1-butyl-2,3-dimethylimidazolium). The anionic species, including one, is TFSI (bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) or FSI (bisfluorosulfonyl)imide.
(グライム)
グライムとして、一般に安定なルイス酸-塩基型の1:1錯カチオンを形成するR-O-(CHCHO)n-Rのn=3、4のトリフライム(G3)又はテトラグライム(G4)を用いることができる。
(grime)
As the glyme, use triflyme (G3) or tetraglyme (G4) of R—O—(CHCHO) n —R with n=3, 4, which generally forms a stable Lewis acid-base type 1:1 complex cation. can be done.
(電解質塩)
電解質塩としては、イオン伝導度が高く、非水溶媒に溶解可能であれば、特に制限はない。電解質塩は、ハロゲン原子を含むことが好ましい。電解質塩を構成するカチオンとしては、例えば、リチウムイオン、又はナトリウムイオン等が挙げられる。電解質塩を構成するアニオンとしては、例えば、BF4
-、PF6
-、AsF6
-、CF3SO3
-、(CF3SO2)2N-、(C2F5SO2)2N-、(C2F5SO2)2N-、(FSO2)2N-、又は(CF3SO2)3C-等が挙げられる。
(electrolyte salt)
The electrolyte salt is not particularly limited as long as it has high ionic conductivity and is soluble in a non-aqueous solvent. The electrolyte salt preferably contains a halogen atom. Examples of cations constituting the electrolyte salt include lithium ions, sodium ions, and the like. Anions constituting the electrolyte salt include, for example, BF 4 − , PF 6 − , AsF 6 − , CF 3 SO 3 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N − , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N − , (FSO 2 ) 2 N − , or (CF 3 SO 2 ) 3 C − and the like.
リチウム塩としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、ホウ弗化リチウム(LiBF4)、六弗化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiN(CF3SO2)2)、リチウム(ビスペンタフルオロエチルスルホニル)又はイミド(LiN(C2F5SO2)2)等が挙げられる。これらの中でも、イオン伝導度の点から、LiPF6が好ましく、安定性の点から、LiBF4が好ましい。 The lithium salt is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. lithium trifluoromethosulfonate ( LiCF3SO3 ) , lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (LiN ( CF3SO2 ) 2 ), lithium ( bispentafluoroethylsulfonyl ) or imide (LiN( C2F5 SO 2 ) 2 ) and the like. Among these, LiPF 6 is preferable from the point of ionic conductivity, and LiBF 4 is preferable from the point of stability.
ナトリウム塩としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ヘキサフルオロリン酸ナトリウム(NaPF6)、ホウ弗化ナトリウム(NaBF4)、六弗化砒素ナトリウム(NaAsF6)、トリフルオロメタスルホン酸ナトリウム(NaCF3SO3)、ナトリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(NaN(CF3SO2)2)、又はナトリウム(ビスペンタフルオロエチルスルホニル)イミド(NaN(C2F5SO2)2)等が挙げられる。なお、電解質塩は、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。 The sodium salt is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. 6 ), sodium trifluoromethosulfonate ( NaCF3SO3 ), sodium bis (trifluoromethylsulfonyl)imide (NaN( CF3SO2 ) 2 ), or sodium ( bispentafluoroethylsulfonyl )imide (NaN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 ) and the like. In addition, electrolyte salt may be used individually and may use 2 or more types together.
(無機粒子)
さらにゲル電解質には無機粒子を含んでもよい。無機粒子としては、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、酸化物固体電解質材料のLISICON型酸化物であるγ-Li3PO4、Li3BO4、0.75Li4GeO4-0.25Li2ZnGeO4固溶体、Li4SiO4-Zn2SiO4固溶体、Li4GeO4-Li3VO4固溶体、NASICON型酸化物であるLi1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3若しくはLi1.6Al0.6Ge0.8Ti0.6(PO4)3、ペロブスカイト型構造である(Li、La)TiO3、ガーネット型酸化物であるLa5Li3Nb2O12、Li5La3TaO12、又はLi7La3Zr2O12等が挙げられる。これらの無機粒子の少なくとも一つとイオン液体とを、無機粒子に対するイオン液体の重量比が50%以上200%以下の範囲となるように混合する。
(Inorganic particles)
In addition, the gel electrolyte may contain inorganic particles. Examples of inorganic particles include silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), and γ-Li 3 PO 4 , Li 3 BO 4 and 0.75Li 4 GeO 4 − which are LISICON type oxides of oxide solid electrolyte materials. 0.25 Li 2 ZnGeO 4 solid solution, Li 4 SiO 4 -Zn 2 SiO 4 solid solution, Li 4 GeO 4 -Li 3 VO 4 solid solution, Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 or Li1.6Al0.6Ge0.8Ti0.6 ( PO4 ) 3 , perovskite structure ( Li , La) TiO3 , garnet oxide La5Li3Nb 2 O 12 , Li 5 La 3 TaO 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 and the like. At least one of these inorganic particles and the ionic liquid are mixed so that the weight ratio of the ionic liquid to the inorganic particles is in the range of 50% or more and 200% or less.
(電極液体組成物の製造方法)
電極液体組成物を製造するには、分散媒、イオン液体、グライム、及び非水電解液に活物質を分散させる。活物質の平均粒子径は、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。活物質の平均粒子径が10μm以下であると、電極液体組成物の吐出安定性及び耐沈降性が向上する。活物質のd10は、0.1μm以上であることが好ましく、0.15μm以上であることがより好ましい。活物質のd10が0.1μm以上であると、電極液体組成物の貯蔵安定性が向上する。第1実施形態の電極液体組成物は、必要に応じて、導電助剤、分散剤、バインダー、固体電解質、ゲル電解質、又は重合プロセスを経てゲル電解質となるモノマー等を更に含んでいてもよい。電極液体組成物の25℃における粘度は3mPa・s以上100mPa・s以下の範囲であることが好ましい。より好ましくは9mPa・s以上50mPa・s以下である。
(Method for producing electrode liquid composition)
To prepare the electrode liquid composition, the active material is dispersed in the dispersion medium, the ionic liquid, the glyme, and the non-aqueous electrolyte. The average particle size of the active material is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less. When the average particle size of the active material is 10 μm or less, the ejection stability and sedimentation resistance of the electrode liquid composition are improved. The d10 of the active material is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.15 μm or more. When the d10 of the active material is 0.1 μm or more, the storage stability of the electrode liquid composition is improved. The electrode liquid composition of the first embodiment may further contain a conductive aid, a dispersant, a binder, a solid electrolyte, a gel electrolyte, or a monomer that becomes a gel electrolyte through a polymerization process, if necessary. The viscosity of the electrode liquid composition at 25° C. is preferably in the range of 3 mPa·s to 100 mPa·s. More preferably, it is 9 mPa·s or more and 50 mPa·s or less.
ここで、平均粒子径とは、有効径による体積平均粒子径をいい、平均粒子径は、例えば、レーザー回折・散乱法又は動的光散乱法等によって測定される。又、電極液体組成物の25℃における粘度は、B型粘度計(コーンプレート型粘度計)にNo.CPA-40Zのロータを装着して、100rpmにおいて計測される。 Here, the average particle size means a volume average particle size based on an effective diameter, and the average particle size is measured by, for example, a laser diffraction/scattering method or a dynamic light scattering method. In addition, the viscosity of the electrode liquid composition at 25° C. was determined by a B-type viscometer (cone plate type viscometer). Measured at 100 rpm with a CPA-40Z rotor installed.
(セパレータの形成)
図4又は図5に示したように、電極合材層12の位置情報を画像認識により取得した後、図10に示すように電極合材層12上に電子絶縁層21の形成のため重合可能部位を持つ化合物を含有する絶縁層液体組成物21Bをインクジェット印刷する。このとき、絶縁層液体組成物21Bは電極合材層12の全体(上面及び側面)を被覆するように塗布する。絶縁層液体組成物21Bは、光の照射や熱によって架橋性の構造体形成し、乾燥させると電子絶縁層21となる。なお、絶縁層液体組成物21Bは、活物質を含まず電子絶縁層形成材料を含有する液体組成物の一例である。
(Formation of separator)
As shown in FIG. 4 or 5, after the position information of the
(電子絶縁層形成材料)
重合性化合物は、電子絶縁層21を形成するための樹脂の前駆体に該当し、光の照射や熱によって架橋性の電子絶縁層の形成が可能である樹脂であれば特に限定されないが、例えば、アクリレート樹脂、メタアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、ビニルエーテル、又はエン-チオール反応を活用した樹脂が挙げられる。これらの中でも特に、反応性の高さからラジカル重合を利用して容易に電子絶縁層を形成可能なアクリレート樹脂、メタアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、又はビニルエステル樹脂が生産性の観点から好ましい。
(Electron insulating layer forming material)
The polymerizable compound corresponds to a precursor of a resin for forming the electronic insulating
上記樹脂は、光又は熱によって硬化できる機能として、重合性モノマーと、光又は熱によってラジカル又は酸を発生する化合物と、を混合した混合物を調液することで得ることができる。又、重合誘起相分離により電子絶縁層21を形成するためには、上記混合物に、予めポロジェンを混合させたインクを作製すればよい。
The above resin can be obtained by preparing a mixture of a polymerizable monomer that can be cured by light or heat and a compound that generates radicals or acids by light or heat. In order to form the electronic insulating
重合性化合物は、少なくとも1つのラジカル重合性官能基を有する。その例としては、1官能、2官能、又は3官能以上のラジカル重合性化合物、機能性モノマー、ラジカル重合性オリゴマー等が挙げられる。これらの中でも、2官能以上のラジカル重合性化合物が特に好ましい。 The polymerizable compound has at least one radically polymerizable functional group. Examples thereof include monofunctional, difunctional, or trifunctional or higher radically polymerizable compounds, functional monomers, and radically polymerizable oligomers. Among these, difunctional or higher radically polymerizable compounds are particularly preferred.
1官能のラジカル重合性化合物としては、例えば、2-(2-エトキシエトキシ)エチルアクリレート、メトキシポリエチレングリコールモノアクリレート、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、2-アクリロイルオキシエチルサクシネート、2-エチルヘキシルアクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、2-エチルヘキシルカルビトールアクリレート、3-メトキシブチルアクリレート、ベンジルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソアミルアクリレート、イソブチルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、フェノキシテトラエチレングリコールアクリレート、セチルアクリレート、イソステアリルアクリレート、ステアリルアクリレート、又はスチレンモノマーなどが挙げられる。これらは、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。 Examples of monofunctional radically polymerizable compounds include 2-(2-ethoxyethoxy) ethyl acrylate, methoxypolyethylene glycol monoacrylate, methoxypolyethylene glycol monomethacrylate, phenoxypolyethylene glycol acrylate, 2-acryloyloxyethyl succinate, 2- ethylhexyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, 2-ethylhexylcarbitol acrylate, 3-methoxybutyl acrylate, benzyl acrylate, cyclohexyl acrylate, isoamyl acrylate, isobutyl acrylate, methoxytriethylene glycol acrylate , phenoxytetraethylene glycol acrylate, cetyl acrylate, isostearyl acrylate, stearyl acrylate, or styrene monomer. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
2官能のラジカル重合性化合物としては、例えば、1,3-ブタンジオールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、EO変性ビスフェノールAジアクリレート、EO変性ビスフェノールFジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、又はトリシクロデカンジメタノールジアクリレートなどが挙げられる。これらは、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。 Examples of bifunctional radically polymerizable compounds include 1,3-butanediol diacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,4-butanediol dimethacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, 1, 6-hexanediol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, EO-modified bisphenol A diacrylate, EO-modified bisphenol F diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, or tricyclodecane dimethanol diacrylate etc. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
3官能以上のラジカル重合性化合物としては、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)、トリメチロールプロパントリメタクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート、PO変性トリメチロールプロパントリアクリレート、カプロラクトン変性トリメチロールプロパントリアクリレート、HPA変性トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PETTA)、グリセロールトリアクリレート、ECH変性グリセロールトリアクリレート、EO変性グリセロールトリアクリレート、PO変性グリセロールトリアクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA)、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタアクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールトリアクリレート、ジメチロールプロパンテトラアクリレート(DTMPTA)、ペンタエリスリトールエトキシテトラアクリレート、EO変性リン酸トリアクリレート、又は2,2,5,5-テトラヒドロキシメチルシクロペンタノンテトラアクリレートなどが挙げられる。これらは、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。 Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), trimethylolpropane trimethacrylate, EO-modified trimethylolpropane triacrylate, PO-modified trimethylolpropane triacrylate, caprolactone-modified trimethylolpropane triacrylate, and trimethylolpropane triacrylate. Acrylates, HPA-modified trimethylolpropane trimethacrylate, pentaerythritol triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate (PETTA), glycerol triacrylate, ECH-modified glycerol triacrylate, EO-modified glycerol triacrylate, PO-modified glycerol triacrylate, tris(acryloxyethyl ) isocyanurate, dipentaerythritol hexaacrylate (DPHA), caprolactone-modified dipentaerythritol hexaacrylate, dipentaerythritol hydroxypentaacrylate, alkyl-modified dipentaerythritol pentaacrylate, alkyl-modified dipentaerythritol tetraacrylate, alkyl-modified dipentaerythritol tri acrylates, dimethylolpropane tetraacrylate (DTMPTA), pentaerythritol ethoxy tetraacrylate, EO-modified phosphoric acid triacrylate, or 2,2,5,5-tetrahydroxymethylcyclopentanone tetraacrylate, and the like. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
光重合開始剤としては、光ラジカル発生剤を用いることができる。例えば、商品名イルガキュアーやダロキュアで知られるミヒラーケトンやベンゾフェノンのような光ラジカル重合開始剤、より具体的な化合物としては、ベンゾフェノン、アセトフェノン誘導体、例えばα-ヒドロキシ-もしくは、α-アミノセトフェノン、4-アロイル-1,3-ジオキソラン、ベンジルケタール、2,2-ジエトキシアセトフェノン、p-ジメチルアミノアセトフェン、p-ジメチルアミノプロピオフェノン、ベンゾフェノン、2-クロロベンゾフェノン、pp'-ジクロロベンゾフェン、pp'-ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンジルジメチルケタール、テトラメチルチウラムモノサルファイド、チオキサントン、2-クロロチオキサントン、2-メチルチオキサントン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾインパーオキサイド、ジ-tert-ブチルパーオキサイド、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-1-オン、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、メチルベンゾイルフォーメート、ゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインn-ブチルエーテル、ベンゾインn-プロピル等のベンゾインアルキルエ-テルやエステル、1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニル-ケトン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン-1、1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニル-ケトン、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、ビス(η5-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)-ビス(2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-イル)-フェニル)チタニウム、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキサイド、2-メチル-1[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モリフォリノプロパン-1-オン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン(ダロキュア1173)、ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)-2,4,4-トリメチル-ペンチルフォスフィンオキサイド、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オンモノアシルホスフィンオキシド、ビスアシルホスフィンオキシド又はチタノセン、フルオレセン、アントラキノン、チオキサントン又はキサントン、ロフィンダイマー、トリハロメチル化合物又はジハロメチル化合物、活性エステル化合物、有機ホウ素化合物、等が好適に使用される。 A photoradical generator can be used as the photopolymerization initiator. For example, photoradical polymerization initiators such as Michler's ketone and benzophenone known under the trade names of Irgacure and Darocure, more specific compounds include benzophenone, acetophenone derivatives such as α-hydroxy- or α-aminocetophenone, -aroyl-1,3-dioxolane, benzyl ketal, 2,2-diethoxyacetophenone, p-dimethylaminoacetophenone, p-dimethylaminopropiophenone, benzophenone, 2-chlorobenzophenone, pp'-dichlorobenzophene, pp '-Bisdiethylaminobenzophenone, Michler's ketone, benzyl, benzoin, benzyl dimethyl ketal, tetramethylthiuram monosulfide, thioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2-methylthioxanthone, azobisisobutyronitrile, benzoin peroxide, di-tert-butyl peroxide, 1-hydroxycyclohexylphenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-one, 1-(4-isopropylphenyl)-2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, methylbenzoyl Benzoin alkyl ethers and esters such as formate, zoin isopropyl ether, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, ben ether, benzoin isobutyl ether, benzoin n-butyl ether, benzoin n-propyl, 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl- Ketone, 2-benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-butanone-1,1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone, 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1- on, bis(η5-2,4-cyclopentadien-1-yl)-bis(2,6-difluoro-3-(1H-pyrrol-1-yl)-phenyl)titanium, bis(2,4,6- trimethylbenzoyl)-phenylphosphine oxide, 2-methyl-1[4-(methylthio)phenyl]-2-morifolinopropan-1-one, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane-1- On (Darocure 1173), bis(2,6-dimethoxybenzoyl)-2,4,4-trimethyl-pentylphosphine oxide, 1-[4-(2-hydroxyethoxy)-phenyl]-2-hydroxy-2- Methyl-1-propan-1-one monoacyl Phosphine oxide, bisacylphosphine oxide or titanocene, fluorescene, anthraquinone, thioxanthone or xanthone, lophine dimer, trihalomethyl compound or dihalomethyl compound, active ester compound, organoboron compound, and the like are preferably used.
更に、ビスアジド化合物のような光架橋型ラジカル発生剤を同時に含有させても構わない。又、熱のみで重合させる場合は通常の光ラジカル発生剤であるA(AIBN)等の通常の熱重合開始剤を使用することができる。 Furthermore, a photocrosslinkable radical generator such as a bisazide compound may be contained at the same time. Further, when the polymerization is carried out only by heat, a usual thermal polymerization initiator such as A (AIBN), which is a usual photoradical generator, can be used.
一方、光照射により酸を発生する光酸発生剤と、酸の存在下で重合する少なくとも1種のモノマーとで混合物を調整しても同様の機能を達成することができる。このような液体インクに光を照射すると、光酸発生剤が酸を発生し、この酸は重合性化合物の架橋反応の触媒として機能する。 On the other hand, a similar function can be achieved by preparing a mixture of a photoacid generator that generates an acid upon irradiation with light and at least one monomer that polymerizes in the presence of an acid. When such a liquid ink is irradiated with light, the photoacid generator generates an acid, and this acid functions as a catalyst for the cross-linking reaction of the polymerizable compound.
又、発生した酸はインク層内で拡散する。しかも、酸の拡散及び酸を触媒とした架橋反応は、加熱することにより加速可能であり、この架橋反応はラジカル重合とは異なって、酸素の存在によって阻害されることがない。得られる樹脂層は、ラジカル重合系の場合と比較して密着性にも優れる。 Also, the generated acid diffuses within the ink layer. Moreover, the acid diffusion and the acid-catalyzed cross-linking reaction can be accelerated by heating, and unlike radical polymerization, the cross-linking reaction is not inhibited by the presence of oxygen. The obtained resin layer is also excellent in adhesion as compared with the radical polymerization system.
酸の存在下で架橋する重合性化合物は、エポキシ基、オキセタン基、オキソラン基等のような環状エーテル基を有する化合物、上述した置換基を側鎖に有するアクリル又はビニル化合物、カーボネート系化合物、低分子量のメラミン化合物、ビニルエーテル類やビニルカルバゾール類、スチレン誘導体、アルファ-メチルスチレン誘導体、ビニルアルコールとアクリル、メタクリル等のエステル化合物をはじめとするビニルアルコールエステル類等、カチオン重合可能なビニル結合を有するモノマー類を併せて使用することが挙げられる。 The polymerizable compound that crosslinks in the presence of an acid includes compounds having a cyclic ether group such as an epoxy group, an oxetane group, an oxolane group, acrylic or vinyl compounds having the above-described substituents on their side chains, carbonate compounds, low Monomers with a cationically polymerizable vinyl bond, such as molecular weight melamine compounds, vinyl ethers and vinylcarbazoles, styrene derivatives, alpha-methylstyrene derivatives, vinyl alcohol esters such as vinyl alcohol and acrylic and methacrylic ester compounds. use together.
光照射により酸を発生する光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩、ジアゾニウム塩、キノンジアジド化合物、有機ハロゲン化物、芳香族スルフォネート化合物、バイスルフォン化合物、スルフォニル化合物、スルフォネート化合物、スルフォニウム化合物、スルファミド化合物、ヨードニウム化合物、又はスルフォニルジアゾメタン化合物、及びそれらの混合物等を使用することができる。 Examples of photoacid generators that generate acids upon irradiation with light include onium salts, diazonium salts, quinonediazide compounds, organic halides, aromatic sulfonate compounds, bisulfone compounds, sulfonyl compounds, sulfonate compounds, sulfonium compounds, sulfamide compounds, Iodonium compounds, or sulfonyldiazomethane compounds, mixtures thereof, and the like can be used.
中でも光酸発生剤としては、オニウム塩を使用することが望ましい。使用可能なオニウム塩としては、例えば、フルオロホウ酸アニオン、ヘキサフルオロアンチモン酸アニオン、ヘキサフルオロヒ素酸アニオン、トリフルオロメタンスルホネートアニオン、パラトルエンスルホネートアニオン、及びパラニトロトルエンスルホネートアニオンを対イオンとするジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、及びスルホニウム塩を挙げることができる。又、光酸発生剤は、ハロゲン化トリアジン化合物でも使用できる。 Among them, it is desirable to use an onium salt as the photoacid generator. Usable onium salts include, for example, fluoroborate anion, hexafluoroantimonate anion, hexafluoroarsenate anion, trifluoromethanesulfonate anion, paratoluenesulfonate anion, and diazonium salt with paranitrotoluenesulfonate anion as a counter ion, phosphonium salts, and sulfonium salts may be mentioned. Photoacid generators can also be used with halogenated triazine compounds.
光酸発生剤は、場合によって、増感色素を更に含んでいてもよい。増感色素としては、例えば、アクリジン化合物、ベンゾフラビン類、ペリレン、アントラセン、及びレーザ色素類等が挙げられる。 The photoacid generator may optionally further contain a sensitizing dye. Sensitizing dyes include, for example, acridine compounds, benzoflavins, perylenes, anthracenes, and laser dyes.
ポロジェンは、硬化後の電子絶縁層21中に空孔を形成するために混合される。ポロジェンとしては、前記重合性モノマー及び光又は熱によってラジカル又は酸を発生する化合物を溶解可能であり、かつ、前記重合性モノマー及び光又は熱によってラジカル又は酸を発生する化合物が重合していく過程で、相分離を生じさせることが可能な液状物質ならば任意に選択可能である。
The porogen is mixed to form vacancies in the
ポロジェンとしては、例えば、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル等のエチレングリコール類、γブチロラクトン、炭酸プロピレン等エステル類、又はNNジメチルアセトアミド等のアミド類等を挙げることができる。 Examples of porogens include ethylene glycols such as diethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether and dipropylene glycol monomethyl ether, esters such as γ-butyrolactone and propylene carbonate, and amides such as NN dimethylacetamide.
又、テトラデカン酸メチル、デカン酸メチル、ミリスチン酸メチル、テトラデカン等の比較的分子量の大きな液状物質もポロジェンとして機能する傾向がある。中でも特に、エチレングリコール類は高沸点のものも多く存在する。相分離機構は形成される構造体が、ポロジェンの濃度に大きく依存する。そのため、上記液状物質を使用すれば、安定した電子絶縁層21の形成が可能となる。又、ポロジェンは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Liquid substances having relatively large molecular weights, such as methyl tetradecanoate, methyl decanoate, methyl myristate, and tetradecane, also tend to function as porogens. In particular, many ethylene glycols have high boiling points. The phase separation mechanism is highly dependent on the porogen concentration for the structures formed. Therefore, by using the liquid substance, it is possible to form the electronic insulating
さらに第1実施形態と同様に、電子絶縁層21が形成されていない領域(絶縁層液体組成物21Bが塗布されていない領域)の任意の位置で基材11を切り抜く。これにより、図7及び図8に示したように、電極20において、電極合材層12の露出を防止することができ、活物質などの滑落による電池内部での短絡を防止可能な電極端部構造が得られる。
Furthermore, as in the first embodiment, the
(集電体の印刷)
図11は、第2実施形態の変形例に係る電極を例示する平面図である。図12は、第2実施形態の変形例に係る電極を例示する断面図であり、図11のC-C線に沿う断面を示している。基材11に絶縁基材を用いた場合、図11及び図12に示す電極30のように、集電のための電気伝導層31の形成が必要となる。電気伝導層31の一部は、電子絶縁層21の端部に露出する。
(Printing on current collector)
FIG. 11 is a plan view illustrating electrodes according to a modification of the second embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating an electrode according to a modification of the second embodiment, showing a cross section along line CC of FIG. When an insulating base material is used as the
電気伝導層31を形成するには、例えば、銀、銅、金、ニッケル、及びアルミニウムの少なくとも一つの金属ナノ粒子若しくは繊維、又は、カーボンナノチューブ、又はグラフェン等の高導電カーボン材料、又は窒化チタンなどの導電性セラミックスを含有する導電性の液体組成物を作製する。
To form the electrically
そして、インクジェット印刷によって、絶縁性の基材11上に上記の液体組成物を吐出し、電気伝導層31を形成する。インクジェット印刷によれば、電気伝導層31を基材11上の任意の場所に任意の形状で形成できる。
Then, by inkjet printing, the above liquid composition is discharged onto the insulating
電気伝導層形成用の液体組成物中の分散体の平均粒子径は0.01μm以上3μm以下が好ましく、電気伝導層形成用の液体組成物の25℃における粘度は3mPa・s以上18mPa・s以下の範囲が好ましい。 The average particle size of the dispersion in the liquid composition for forming the electrically conductive layer is preferably 0.01 μm or more and 3 μm or less, and the viscosity of the liquid composition for forming the electrically conductive layer at 25° C. is 3 mPa·s or more and 18 mPa·s or less. is preferred.
電気伝導層形成用の液体組成物中の分散態の平均粒子径が0.01μm以上であると液体組成物の吐出安定性が安定し、3μm以下であると液体組成物の貯蔵安定性が向上する。又、電気伝導層形成用の液体組成物の25℃における粘度が3mPa・s以上18mPa・s以下の範囲であると、液滴として吐出しやすくなるため、吐出量の制御が容易となる。 When the average particle size of the dispersed particles in the liquid composition for forming the electrical conductive layer is 0.01 μm or more, the ejection stability of the liquid composition is stable, and when it is 3 μm or less, the storage stability of the liquid composition is improved. do. Further, when the viscosity at 25° C. of the liquid composition for forming the electrically conductive layer is in the range of 3 mPa·s to 18 mPa·s, the liquid composition is easily ejected as droplets, so that the ejection amount can be easily controlled.
印刷工程を行った後、液体組成物は、当分野で通常使用される焼成方法によって焼成できる。金属ナノ粒子の場合、酸化を防ぐため、より好ましくは、10-4Pa以下の真空、窒素雰囲気下、又はアルゴン雰囲気下で乾燥及び焼成する。焼結性を高めるため、キセノンフラッシュランプによる光焼成を用いることもできる。 After performing the printing process, the liquid composition can be fired by a firing method commonly used in the art. In the case of metal nanoparticles, they are more preferably dried and baked under a vacuum of 10 −4 Pa or less, under a nitrogen atmosphere, or under an argon atmosphere in order to prevent oxidation. Light firing with a xenon flash lamp can also be used to enhance sinterability.
〈第3実施形態〉
第3実施形態では、基材の両面に電極合材層を有する電極の例を示す。図13は、第3実施形態に係る電極を例示する断面図である。なお、第3実施形態に係る電極の平面図は、図1と同様である。
<Third embodiment>
The third embodiment shows an example of an electrode having electrode mixture layers on both sides of a substrate. FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an electrode according to the third embodiment; Note that the plan view of the electrode according to the third embodiment is the same as FIG.
図13に示すように、電極40は、基材11の他方の面11bに電極合材層42が形成された点が、電極10(図1及び図2参照)と相違する。電極合材層42は、例えば、電極合材層12と平面視で重なる位置に形成される。電極合材層42の厚さは、例えば、電極合材層12の厚さと同一である。
As shown in FIG. 13, the
基材11の他方の面11bにおいて、未塗工部11pは、平面視で電極合材層42の外周部42pの外側に環状に設けられている。未塗工部11pは、基材11の他方の面11bが電極合材層42に被覆されずに露出している部分である。未塗工部11pは、例えば、未塗工部11mと平面視で重なる位置に形成される。
On the
(両面塗布)
図14は、第3実施形態に係る電極製造方法を例示する図である。図14(a)に示すように電極合材層12が形成された基材11を切り抜いた後、図14(b)に示すよう基材11を上下反転させ、切り取った基材11の端部を画像センサー102Bで画像認識することで、電極合材層12の位置情報を取得する。そして、図14(c)に示すように、平面視において電極合材層12の位置と重なるように、基材11の他方の面11bに電極合材42Aを含む電極液体組成物を塗布する。電極合材42Aを含む電極液体組成物は、インクジェットヘッド101Bを用いて、電極合材12Aを含む電極液体組成物と同様の方法で塗布できる。電極合材42Aを含む電極液体組成物は、電極合材12Aを含む電極液体組成物と同様の組成でもよいし、異なる組成でもよい。
(coating on both sides)
FIG. 14 is a diagram illustrating an electrode manufacturing method according to the third embodiment. After cutting out the
なお、基材11の端部形状を画像センサー102Bで認識して基材11の位置を特定する方法は、片面塗布の場合に用いてもよい。例えば、図7等に示す電極20を製造する際に、基材11上に電極合材層12が形成された構造体において基材11のみを切断し、その後、基材11の端部形状を画像センサー102Bで認識し、電極合材層12を被覆する電解質液体組成物21Aまたは絶縁層液体組成物21Bを塗布してもよい。
Note that the method of identifying the position of the
(バイポーラ型の塗布)
特に電極合材12Aを含む電極液体組成物とは異なる極性を有する電極合材42Aを含む電極液体組成物を塗布することで、バイポーラ型電極を形成できる。また、図15に示す電極50のように、基材11の一方の面11a及び他方の面11bに、電極合材層12及び42を被覆する電子絶縁層21及び51を形成してもよい。
(Bipolar type application)
In particular, a bipolar electrode can be formed by applying an electrode liquid composition containing the
基材11の他方の面11bにおいて、未塗工部11qは、平面視で電子絶縁層51の外周部51pの外側に環状に設けられている。未塗工部11qは、基材11の他方の面11bが電極合材層42又は電子絶縁層51に被覆されずに露出している部分である。未塗工部11qは、例えば、未塗工部11nと平面視で重なる位置に形成される。
On the
他方の面11b側の塗布は、図16に示すように、電極合材12Aを含む電極液体組成物を基材11上に塗布する工程と基材11のみを切断する工程との間に行ってもよい。図16では、アライメントマーク310は、レーザー加工によって基材11に形成された貫通孔である。この場合、アライメントマーク310を画像認識することで、基材11の他方の面11b側から電極合材12Aを含む電極液体組成物の位置情報を取得可能である。
As shown in FIG. 16, the coating on the
まず、図16(a)に示すように、基材11の一方の面11aに電極合材12Aを含む電極液体組成物を塗布する。その後、図16(b)に示すように、基材11を反転させ、画像センサー102Bで基材11の他方の面11b側からアライメントマーク310を画像認識し電極合材12Aを含む電極液体組成物の位置情報を読み取る。その後、図16(c)に示すように、基材11の他方の面11bに、平面視で電極合材12Aを含む電極液体組成物の塗布位置に重なるように、インクジェットヘッド101Bが電極液体組成物である電極合材42Aを含む電極液体組成物を塗布する。
First, as shown in FIG. 16A, one
なお、アライメントマークが基材11の一方の面11a側からのみ視認できる場合、アライメントマークを基材11の一方の面11a側から画像認識して、基材11の搬送速度からタイミングを合わせて他方の面11bに電極合材42Aを含む電極液体組成物を塗布することが可能である。
When the alignment mark can be visually recognized only from one
(電極製造装置)
図17は、電極製造装置を例示する模式図である。図17に示すように、電極製造装置100Aは、インクジェットヘッド101Aと、画像センサー102A及び102Bと、搬送ベルト103と、レーザーヘッド104と、制御装置130と、インクジェット印刷制御基盤140と、画像センサー制御基盤150A及び150Bと、レーザー加工制御基盤160とを有している。制御装置130は、インクジェット印刷制御基盤140、画像センサー制御基盤150A及び150B、及びレーザー加工制御基盤160に各種指令を行うことができる。
(Electrode manufacturing equipment)
FIG. 17 is a schematic diagram illustrating an electrode manufacturing apparatus. As shown in FIG. 17, the
インクジェットヘッド101Aは、電極合材を含む電極液体組成物を基材上の任意の位置に任意の形状で塗布する手段の一例である。画像センサー102A及び102Bは、電極合材を含む電極液体組成物が塗布された位置情報を取得する手段の一例である。レーザーヘッド104は、電極合材を含む電極液体組成物が塗布された電極合材領域を除く領域の任意の位置において基材のみを切断し、任意の形状で電極を切り抜く手段の一例である。電極製造装置100Aは、電極合材を含む電極液体組成物を塗布する任意の位置、電極合材を含む電極液体組成物の任意の形状、及び基材を切断する任意の位置をデジタルデータによって制御可能である。
The
図18は、制御装置の主要なハードウェアブロック図の一例である。図18に示すように、電極製造装置100Aにおいて、制御装置130は、CPU131と、ROM132と、RAM133と、NVRAM134と、ASIC135と、I/O136と、操作パネル137とを有している。
FIG. 18 is an example of a main hardware block diagram of the control device. As shown in FIG. 18 , in
CPU131は、電極製造装置100A全体の制御を司る。ROM132は、CPU131が実行するプログラム及びその他の固定データを格納する。RAM133は、電極製造に関するデータ等を一時格納する。NVRAM134は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリである。ASIC135は、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行う画像処理及びその他装置全体を制御するための入出力信号を処理する。I/O136は、インクジェット印刷制御基盤140、画像センサー制御基盤150A及び150B、及びレーザー加工制御基盤160と信号を入出力するためのインターフェイスである。操作パネル137は、制御装置130に必要な情報の入力及び表示を行う。
The
図19は、制御装置の主要な機能ブロック図の一例である。図19に示すように、制御装置130は、機能ブロックとして、ヘッド制御部1301と、センサー制御部1302と、レーザー制御部1303とを有している。
FIG. 19 is an example of a main functional block diagram of the control device. As shown in FIG. 19, the
ヘッド制御部1301は、与えられた波形データ及び吐出周波数等の吐出条件で、指定されたタイミングと滴数でインクジェット印刷制御基盤140に駆動の指示を出す。センサー制御部1302は、画像センサー制御基盤150A及び150Bに指令を出し、電極合材を含む電極液体組成物の位置情報を含む必要な情報を画像センサー102A及び102Bから取得する。レーザー制御部1303は、基材11を切断するために、必要な出射光量を制御したり、センサー制御部1302が取得した電極合材を含む電極液体組成物の位置情報に基づいてレーザー光を走査したりする指令をレーザー加工制御基盤160に出す。
The
図17~図19に示す電極製造装置100Aを用いることで、デジタルデータの転送によって設計を変更し、任意形状の電極をインクジェット印刷によって形成し、レーザー加工によって任意形状で電極を切り抜くことができる。このように、制御装置130からインクジェット印刷制御基盤140、画像センサー制御基盤150A及び150B、並びにレーザー加工制御基盤160へそれぞれ電極形状の設計データを転送する。これにより、マスク及び版の再設計、又は交換といった段取り替えを行わずに異なる設計の電極製造への切り替えが可能となる。
By using the
(塗布工程の環境)
また、電極又は電解質となる液体組成物は、大気中の水分と反応して性能低下を引き起こす材料を含む。特に硫化物固体電解質は水分との反応により有毒な硫化水素ガスの発生を伴うことが知られており、厳重な水分管理を必要とする。これらの水分との反応性を有する材料が露出する工程では、低い露点を有する乾燥空気、窒素、又はアルゴンといった不活性ガス環境とすることが好ましい。少なくとも電極合材を含む電極液体組成物の塗布は、露点-40℃以下の乾燥空気又は不活性ガスで満たされた環境の下で行うことが好ましい。また、乾燥空気又は不活性ガスで満たされた環境は、外部の環境に対して陽圧であることがより好ましい。
(Environment of coating process)
In addition, the liquid composition that serves as an electrode or electrolyte contains a material that reacts with moisture in the atmosphere to cause deterioration in performance. In particular, sulfide solid electrolytes are known to generate toxic hydrogen sulfide gas when reacting with moisture, requiring strict moisture control. An inert gas environment such as dry air, nitrogen, or argon with a low dew point is preferred in the process where these moisture-reactive materials are exposed. Application of the electrode liquid composition containing at least the electrode mixture is preferably carried out in an environment filled with dry air or an inert gas with a dew point of −40° C. or less. Moreover, it is more preferable that the environment filled with dry air or inert gas has a positive pressure with respect to the external environment.
第1実施形態等に係る電極製造方法によれば、塗布から電極切り抜きまでの一連の電極製造工程をデジタルデータのやり取りだけで制御可能であり、遠隔での操作が可能となる。例えば、電極合材を含む電極液体組成物の塗布を露点-40℃以下の乾燥空気又は不活性ガスで満たされた環境の下で行い、この環境を維持したまま電極合材を含む電極液体組成物の塗布位置と塗布形状を変更可能である。 According to the electrode manufacturing method according to the first embodiment and the like, a series of electrode manufacturing processes from application to electrode cutting can be controlled only by exchanging digital data, and remote operation is possible. For example, the electrode liquid composition containing the electrode mixture is applied in an environment filled with dry air or an inert gas with a dew point of −40° C. or less, and the electrode liquid composition containing the electrode mixture is maintained in this environment. It is possible to change the application position and application shape of the object.
例えば、図20に示すように、液体組成物の塗布又及び基材の切断を行う工程の周辺の限られた空間170のみを局所的に水分管理された環境とすることで、性能及び安全を確保しつつ電極製造が可能となる。従って、設計変更に伴う生産ライン停止及び段取り替えによるコスト、及び制限空間の雰囲気制御によるランニングコストをそれぞれ削減し、低コストで電極製造を可能にすることができる。
For example, as shown in FIG. 20, performance and safety can be improved by locally controlling moisture only in a
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments and the like have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments and the like without departing from the scope of the claims. can be added.
10、20、30、40、50 電極
11 基材
11a 基材11の一方の面
11b 基材11の他方の面
11c 位置
11e 基材11の端部
11m、11n、11p、11q 未塗工部
12、42 電極合材層
12A、42A 電極合材
12p 電極合材層12の外周部
21 電子絶縁層
21A 電解質液体組成物
21B 絶縁層液体組成物
21p 電子絶縁層21の外周部
31 電気伝導層
42p 電極合材層42の外周部
51p 電子絶縁層51の外周部
100、100A 電極製造装置
101A、101B インクジェットヘッド
102A、102B 画像センサー
103 搬送ベルト
104 レーザーヘッド
104L レーザー光
130 制御装置
131 CPU
132 ROM
133 RAM
134 NVRAM
135 ASIC
136 I/O
137 操作パネル
140 インクジェット印刷制御基盤
150A、150B 画像センサー制御基盤
160 レーザー加工制御基盤
300、310 アライメントマーク
1301 ヘッド制御部
1302 センサー制御部
1303 レーザー制御部
10, 20, 30, 40, 50
132 ROMs
133 RAM
134 NVRAM
135 ASICs
136 I/O
137
Claims (15)
前記電極合材を含む電極液体組成物が塗布された位置情報を取得する第2の工程と、
前記電極合材を含む電極液体組成物が塗布された電極合材領域を除く領域の任意の位置において前記基材のみを切断し、任意の形状で電極を切り抜く第3の工程と、を含むことを特徴とする電極製造方法。 A first step of applying an electrode liquid composition containing an electrode mixture to an arbitrary position on a substrate in an arbitrary shape;
a second step of acquiring position information where the electrode liquid composition containing the electrode mixture is applied;
and a third step of cutting only the base material at an arbitrary position in the region excluding the electrode mixture region coated with the electrode liquid composition containing the electrode mixture, and cutting out the electrode in an arbitrary shape. An electrode manufacturing method characterized by:
前記第1の工程よりも後に、前記活物質を含まず電子絶縁層形成材料を含有する液体組成物を前記電極合材層上に塗布し、前記電極合材層上に、前記電極合材層の全体を被覆する電子絶縁層を形成する工程を含む請求項1乃至11のいずれか一項に記載の電極製造方法。 In the first step, as the electrode liquid composition containing the electrode mixture, a liquid composition containing an active material is applied to form an electrode mixture layer,
After the first step, a liquid composition that does not contain the active material and contains an electronic insulating layer forming material is applied onto the electrode mixture layer, and the electrode mixture layer is coated on the electrode mixture layer. 12. The method for manufacturing an electrode according to any one of claims 1 to 11, comprising the step of forming an electronic insulating layer covering the entirety of the electrode.
前記電極合材を含む電極液体組成物が塗布された位置情報を取得する第2の手段と、
前記電極合材を含む電極液体組成物が塗布された電極合材領域を除く領域の任意の位置において前記基材のみを切断し、任意の形状で電極を切り抜く第3の手段と、
前記第1~3の手段における前記電極合材を含む電極液体組成物を塗布する前記任意の位置、前記任意の形状、及び前記基材を切断する前記任意の位置を制御可能な制御装置と、を含む電極製造装置。 a first means for applying an electrode liquid composition containing an electrode mixture to an arbitrary position on a substrate in an arbitrary shape;
a second means for acquiring position information where the electrode liquid composition containing the electrode mixture is applied;
a third means for cutting only the base material at an arbitrary position in an area excluding the electrode mixture area coated with the electrode liquid composition containing the electrode mixture, and cutting out the electrode in an arbitrary shape;
a control device capable of controlling the arbitrary position for applying the electrode liquid composition containing the electrode mixture in the first to third means, the arbitrary shape, and the arbitrary position for cutting the base material; an electrode manufacturing apparatus comprising:
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