JP2022155939A - Method for manufacturing slurry for positive electrode of secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池正極用スラリーの製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing slurry for a secondary battery positive electrode.
二次電池の正極の電極活物質層を形成するためのスラリー組成物は、例えばリチウム複合酸化物などの電極活物質と、カーボンナノチューブなどの導電助剤と、カルボキシメチルセルロースなどのカルボキシアルキル基含有セルロースエーテル又はその塩と、セルロースファイバーとを含有する。 The slurry composition for forming the electrode active material layer of the positive electrode of the secondary battery includes, for example, an electrode active material such as a lithium composite oxide, a conductive aid such as a carbon nanotube, and a carboxyalkyl group-containing cellulose such as carboxymethyl cellulose. It contains an ether or a salt thereof and cellulose fibers.
特許文献1には、上記スラリー組成物の製造方法として、電極活物質と導電助剤とカルボキシアルキル基含有セルロースエーテル又はその塩とを予め混合した後、セルロースファイバーを混合する製造方法が開示されている。また、特許文献1には、電極活物質とカルボキシアルキル基含有セルロースエーテル又はその塩とを予め混合した後、セルロースファイバーを混合し、更にその後に導電助剤を混合する製造方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses, as a method for producing the slurry composition, a production method in which an electrode active material, a conductive aid, and a carboxyalkyl group-containing cellulose ether or a salt thereof are mixed in advance, and then cellulose fibers are mixed. there is Further, Patent Document 1 discloses a production method in which an electrode active material and a carboxyalkyl group-containing cellulose ether or a salt thereof are mixed in advance, then cellulose fibers are mixed, and then a conductive aid is mixed. .
発明者は、電極活物質としてリチウム複合酸化物の一種である特定のオリビン型のポリアニオン系化合物、カルボキシアルキル基含有セルロースエーテル、カーボンナノチューブ、及び水を混合した二次電池正極用スラリーについて鋭意研究を行った。その結果、上記二次電池正極用スラリーを調製する手順において、カーボンナノチューブを複数回に分割して混合することで、二次電池正極用スラリーを用いて製造した正極活物質層の剥離強度が向上することを見いだした。 The inventors conducted intensive research on slurry for a secondary battery positive electrode, which is a mixture of a specific olivine-type polyanionic compound, which is a type of lithium composite oxide, a carboxyalkyl group-containing cellulose ether, carbon nanotubes, and water as an electrode active material. gone. As a result, in the procedure for preparing the slurry for the secondary battery positive electrode, by dividing the carbon nanotubes into a plurality of times and mixing them, the peel strength of the positive electrode active material layer produced using the slurry for the secondary battery positive electrode is improved. found to do.
上記の目的を達成する二次電池正極用スラリーの製造方法は、一般式LiMhPO4で表されるオリビン型構造を有するポリアニオン系化合物(Mは、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、Zn、V、Ca、Sr、Ba、Ti、Al、Si、B、Te、Moからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素であり、hは、0<h<2を満足する数値である。)、カルボキシアルキル基含有セルロースエーテル、カーボンナノチューブ、及び水系溶媒を混合することにより中間スラリーを調製するステップと、前記中間スラリーに前記カーボンナノチューブを更に加えて混合するステップと、を含む。 A method for producing a slurry for a secondary battery positive electrode that achieves the above objects is a polyanionic compound having an olivine structure represented by the general formula LiM h PO 4 (M is Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mg , Zn, V, Ca, Sr, Ba, Ti, Al, Si, B, Te and Mo, and h is a numerical value satisfying 0<h<2. ), mixing a carboxyalkyl group-containing cellulose ether, carbon nanotubes, and an aqueous solvent to prepare an intermediate slurry; and further adding the carbon nanotubes to the intermediate slurry and mixing.
前記カーボンナノチューブの少なくとも一部は、単層カーボンナノチューブであることが好ましい。
前記二次電池正極用スラリーに含まれる前記カーボンナノチューブの全量を100質量部としたとき、前記中間スラリーを調製するステップにおいて混合される前記カーボンナノチューブの配合量は、50~70質量部であることが好ましい。
At least part of the carbon nanotubes are preferably single-walled carbon nanotubes.
When the total amount of the carbon nanotubes contained in the secondary battery positive electrode slurry is 100 parts by mass, the amount of the carbon nanotubes mixed in the step of preparing the intermediate slurry is 50 to 70 parts by mass. is preferred.
前記ポリアニオン系化合物は、LiFePO4であることが好ましい。 Preferably, the polyanionic compound is LiFePO4 .
本発明によれば、二次電池正極用スラリーを用いて製造される正極活物質層の剥離強度を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the peel strength of the positive electrode active material layer manufactured using the slurry for secondary battery positive electrodes can be improved.
以下、本発明の二次電池正極用スラリーの製造方法の一実施形態について説明する。
まず、本実施形態の二次電池正極用スラリーの製造方法により製造される二次電池正極用スラリーについて説明する。
An embodiment of the method for producing a slurry for a secondary battery positive electrode according to the present invention will be described below.
First, the secondary battery positive electrode slurry produced by the method for producing the secondary battery positive electrode slurry of the present embodiment will be described.
<二次電池正極用スラリー>
二次電池正極用スラリーは、ニッケル水素二次電池又はリチウムイオン二次電池等の二次電池の正極電極の製造に用いられるスラリーである。本実施形態では、二次電池がリチウムイオン二次電池である場合を例示する。
<Slurry for secondary battery positive electrode>
The secondary battery positive electrode slurry is a slurry used for producing a positive electrode for a secondary battery such as a nickel-hydrogen secondary battery or a lithium-ion secondary battery. In this embodiment, a case where the secondary battery is a lithium-ion secondary battery is exemplified.
二次電池正極用スラリーは、(A)オリビン型構造正極活物質と、(B)カルボキシアルキル基含有セルロースエーテルと、(C)カーボンナノチューブと、(D)水系溶媒とを含むスラリーである。また、二次電池正極用スラリーは、(E)水系結着剤を含むことが好ましい。また、二次電池正極用スラリーは、必要に応じてその他成分を含むことができる。 The secondary battery positive electrode slurry is a slurry containing (A) an olivine structure positive electrode active material, (B) a carboxyalkyl group-containing cellulose ether, (C) a carbon nanotube, and (D) an aqueous solvent. Moreover, it is preferable that the slurry for secondary battery positive electrodes contains (E) water-based binder. Moreover, the slurry for secondary battery positive electrodes can contain other components as needed.
(A)オリビン型構造正極活物質
オリビン型構造正極活物質は、一般式LiMhPO4で表されるオリビン型構造を有するポリアニオン系化合物である。一般式LiMhPO4におけるMは、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、Zn、V、Ca、Sr、Ba、Ti、Al、Si、B、Te、Moからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素であり、hは、0<h<2を満足する数値である。オリビン型構造正極活物質としては、例えば、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)やオリビン型リン酸マンガン鉄リチウム(LiMnFePO4)が挙げられる。これらのオリビン型構造正極活物質は単独で、又は二種類以上併せて使用できる。オリビン型構造正極活物質は、電気伝導度を向上させるために、粒子表面に炭素系物質がコーティングされていてもよい。
(A) Olivine type positive electrode active material The olivine type positive electrode active material is a polyanionic compound having an olivine type structure represented by the general formula LiM h PO 4 . M in the general formula LiM h PO 4 is at least selected from the group consisting of Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mg, Zn, V, Ca, Sr, Ba, Ti, Al, Si, B, Te, Mo It is a kind of element, and h is a numerical value that satisfies 0<h<2. Examples of the olivine-type positive electrode active material include olivine-type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) and olivine-type lithium manganese iron phosphate (LiMnFePO 4 ). These olivine structure positive electrode active materials can be used alone or in combination of two or more. The olivine structure positive electrode active material may be coated with a carbonaceous material on the particle surface in order to improve electrical conductivity.
二次電池正極用スラリーにおける(A)オリビン型構造正極活物質の質量割合は、二次電池正極用スラリーにおける(A)オリビン型構造正極活物質と、(B)カルボキシアルキル基含有セルロースエーテルと、(C)カーボンナノチューブの合計質量(以下、主成分合計と記載する。)に基づいて設定することが好ましい。二次電池正極用スラリーにおける(A)オリビン型構造正極活物質の質量割合は、例えば、主成分合計を100質量部としたとき、94.0質量部以上99.5質量部以下であることが好ましく、96.0質量部以上99.3質量部以下であることがより好ましく、98.0質量部以上99.0質量部以下であることがさらに好ましい。 The mass ratio of (A) the olivine-type structure positive electrode active material in the secondary battery positive electrode slurry is: (A) the olivine-type structure positive electrode active material in the secondary battery positive electrode slurry, (B) the carboxyalkyl group-containing cellulose ether, (C) It is preferable to set based on the total mass of the carbon nanotubes (hereinafter referred to as total main component). The mass ratio of (A) the olivine structure positive electrode active material in the secondary battery positive electrode slurry is, for example, 94.0 parts by mass or more and 99.5 parts by mass or less when the total of the main components is 100 parts by mass. It is preferably 96.0 parts by mass or more and 99.3 parts by mass or less, and even more preferably 98.0 parts by mass or more and 99.0 parts by mass or less.
(B)カルボキシアルキル基含有セルロースエーテル
カルボキシアルキル基含有セルロースエーテルとしては、例えば、カルボキシアルキルセルロース、アルキルカルボキシメチルセルロース、ヒドロキシアルキルカルボキシメチルセルロースが挙げられる。カルボキシアルキルセルロースとしては、例えば、カルボキシメチルセルロースが挙げられる。アルキルカルボキシメチルセルロースとしては、例えば、メチルカルボキシメチルセルロースが挙げられる。ヒドロキシアルキルカルボキシメチルセルロースとしては、例えば、ヒドロキシエチルカルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルカルボキシメチルセルロースが挙げられる。これらのカルボキシアルキル基含有セルロースエーテルは、その塩であってもよい。また、これらのカルボキシアルキル基含有セルロースエーテルは、単独で、又は二種以上併せて使用できる。
(B) Carboxyalkyl Group-Containing Cellulose Ether Examples of carboxyalkyl group-containing cellulose ethers include carboxyalkyl cellulose, alkyl carboxymethyl cellulose, and hydroxyalkyl carboxymethyl cellulose. Examples of carboxyalkyl cellulose include carboxymethyl cellulose. Alkyl carboxymethyl cellulose includes, for example, methyl carboxymethyl cellulose. Hydroxyalkyl carboxymethyl cellulose includes, for example, hydroxyethyl carboxymethyl cellulose and hydroxypropyl carboxymethyl cellulose. These carboxyalkyl group-containing cellulose ethers may be salts thereof. Moreover, these carboxyalkyl group-containing cellulose ethers can be used alone or in combination of two or more.
二次電池正極用スラリーにおける(B)カルボキシアルキル基含有セルロースエーテルの質量割合は、上記の主成分合計に基づいて設定することが好ましい。二次電池正極用スラリーにおける(B)カルボキシアルキル基含有セルロースエーテルの質量割合は、例えば、主成分合計を100質量部としたとき、0.1質量部以上5質量部以下であることが好ましく、0.2質量部以上4質量部以下であることがより好ましく、0.3質量部以上3質量部以下であることがさらに好ましい。 It is preferable to set the mass ratio of (B) the carboxyalkyl group-containing cellulose ether in the secondary battery positive electrode slurry based on the total of the main components. The mass ratio of (B) the carboxyalkyl group-containing cellulose ether in the secondary battery positive electrode slurry is, for example, preferably 0.1 parts by mass or more and 5 parts by mass or less when the total amount of the main components is 100 parts by mass. It is more preferably 0.2 parts by mass or more and 4 parts by mass or less, and further preferably 0.3 parts by mass or more and 3 parts by mass or less.
(C)カーボンナノチューブ
カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブ(MWCNT)でもよく、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)でもよい。これらのカーボンナノチューブは単独で、又は二種以上併せて使用できる。なお、二次電池正極用スラリーに含まれる(C)カーボンナノチューブの少なくとも一部は、単層カーボンナノチューブであることが好ましい。特に、(C)カーボンナノチューブの全てを単層カーボンナノチューブとすることが好ましい。
(C) Carbon nanotubes Carbon nanotubes may be multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) or single-walled carbon nanotubes (SWCNT). These carbon nanotubes can be used alone or in combination of two or more. At least part of the (C) carbon nanotubes contained in the secondary battery positive electrode slurry is preferably single-walled carbon nanotubes. In particular, it is preferable that all of (C) the carbon nanotubes are single-walled carbon nanotubes.
単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブとを併用する場合、(C)カーボンナノチューブ全体に占める単層カーボンナノチューブの質量割合は、例えば、1%以上99%以下であることが好ましく、10%以上90%以下であることがより好ましい。単層カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブと比較して導電性が良い。そのため、(C)カーボンナノチューブ全体に占める単層カーボンナノチューブの質量割合を増加させることにより、二次電池正極用スラリーを用いて製造される正極活物質層の導電性が向上する。 When single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes are used in combination, (C) the mass ratio of single-walled carbon nanotubes to the total carbon nanotubes is, for example, preferably 1% or more and 99% or less, and 10% or more and 90%. The following are more preferable. Single-walled carbon nanotubes have better electrical conductivity than multi-walled carbon nanotubes. Therefore, by increasing the mass ratio of the single-walled carbon nanotubes in the entire carbon nanotubes (C), the conductivity of the positive electrode active material layer produced using the secondary battery positive electrode slurry is improved.
二次電池正極用スラリーにおける(C)カーボンナノチューブの質量割合は、上記の主成分合計に基づいて設定することが好ましい。二次電池正極用スラリーにおける(C)カーボンナノチューブの質量割合は、例えば、主成分合計を100質量部としたとき、0.01質量部以上5質量部以下であることが好ましく、0.03質量部以上3質量部以下であることがより好ましく、0.05質量部以上2質量部以下であることがさらに好ましい。 It is preferable to set the mass ratio of (C) carbon nanotubes in the secondary battery positive electrode slurry based on the total amount of the main components. The mass ratio of (C) carbon nanotubes in the secondary battery positive electrode slurry is, for example, preferably 0.01 parts by mass or more and 5 parts by mass or less when the total of the main components is 100 parts by mass, and 0.03 mass parts. It is more preferably 0.05 parts by mass or more and 2 parts by mass or less, more preferably 0.05 parts by mass or more and 2 parts by mass or less.
(D)水系溶媒
水系溶媒は、水、又は水と非水溶媒の混合溶媒である。水は特に限定されるものではないが、例えば、イオン交換樹脂で処理された水であるイオン交換水、及び逆浸透膜浄水システムにより処理された水である超純水等が好ましい。混合溶媒を構成する非水溶媒としては、例えば、低級アルコール、アセトン、テトラヒドロフラン、エチレングリコール、N-メチル-2-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド等の水と混ざり合う溶媒が挙げられる。これらの非水溶媒は単独で、又は二種類以上併せて使用できる。混合溶媒に占める水の体積割合は、例えば、50体積%以上99.9体積%以下であることが好ましく、60体積%以上99体積%以下であることがより好ましい。
(D) Aqueous solvent The aqueous solvent is water or a mixed solvent of water and a non-aqueous solvent. Although water is not particularly limited, for example, ion-exchanged water, which is water treated with an ion-exchange resin, and ultrapure water, which is water treated with a reverse osmosis membrane water purification system, are preferable. Non-aqueous solvents constituting the mixed solvent include, for example, solvents miscible with water such as lower alcohols, acetone, tetrahydrofuran, ethylene glycol, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, acetonitrile and dimethylsulfoxide. be done. These non-aqueous solvents can be used alone or in combination of two or more. The volume ratio of water in the mixed solvent is, for example, preferably 50% by volume or more and 99.9% by volume or less, more preferably 60% by volume or more and 99% by volume or less.
二次電池正極用スラリーにおける(D)水系溶媒の割合は特に限定されるものではないが、例えば、二次電池正極用スラリーの固形分濃度が30質量%以上80質量%以下となる割合であることが好ましく、40質量%以上70質量%以下となる割合であることがより好ましい。なお、上記固形分濃度は、二次電池正極用スラリーにおける(D)水系溶媒を除いた成分の濃度を意味する。 The ratio of the (D) aqueous solvent in the secondary battery positive electrode slurry is not particularly limited, but for example, the solid content concentration of the secondary battery positive electrode slurry is 30% by mass or more and 80% by mass or less. is preferable, and the ratio is more preferably 40% by mass or more and 70% by mass or less. In addition, the said solid content concentration means the density|concentration of the component (D) except the aqueous solvent in the slurry for secondary battery positive electrodes.
(E)水系結着剤
水系結着剤は、水系溶媒に溶解可能又は分散可能な結着剤である。水系結着剤は、特に限定されず、リチウムイオン二次電池の正極活物質層に含まれる水系結着剤として従来公知の材料を用いることができる。水系結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、ポリ(メタ)アクリル酸等のアクリル系樹脂、スチレン-ブタジエンゴム、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸アンモニウム等のアルギン酸塩、水溶性セルロースエステル架橋体、デンプン-アクリル酸グラフト重合体が挙げられる。また、水系結着剤は、水系結着剤として利用できる上記の樹脂を乳化させた材料、例えば、アクリル系樹脂を乳化させたアクリルエマルジョンであってもよい。これらの水系結着剤は単独で、又は二種類以上併せて使用できる。
(E) Aqueous Binder The aqueous binder is a binder that can be dissolved or dispersed in an aqueous solvent. The water-based binder is not particularly limited, and a conventionally known material can be used as a water-based binder contained in the positive electrode active material layer of a lithium ion secondary battery. Examples of water-based binders include fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide resins such as polyimide and polyamideimide, and alkoxysilyl group-containing resins. , acrylic resins such as poly(meth)acrylic acid, styrene-butadiene rubber, alginates such as sodium alginate and ammonium alginate, water-soluble cellulose ester crosslinked products, and starch-acrylic acid graft polymers. Further, the water-based binder may be a material obtained by emulsifying the above-described resin that can be used as a water-based binder, for example, an acrylic emulsion obtained by emulsifying an acrylic resin. These water-based binders can be used alone or in combination of two or more.
二次電池正極用スラリーにおける(E)水系結着剤の質量割合は、上記の主成分合計に基づいて設定することが好ましい。二次電池正極用スラリーにおける(E)水系結着剤の質量割合は、例えば、主成分合計を100質量部としたとき、0.1質量部以上9質量部以下であることが好ましく、0.5質量部以上7質量部以下であることがより好ましく、1質量部以上5質量部以下であることがさらに好ましい。 It is preferable to set the mass ratio of (E) the water-based binder in the slurry for the secondary battery positive electrode based on the total of the main components. The mass ratio of (E) the water-based binder in the secondary battery positive electrode slurry is preferably 0.1 parts by mass or more and 9 parts by mass or less, for example, when the total of the main components is 100 parts by mass. It is more preferably 5 parts by mass or more and 7 parts by mass or less, and even more preferably 1 part by mass or more and 5 parts by mass or less.
(その他成分)
二次電池正極用スラリーは、上記の(A)オリビン型構造正極活物質、(B)カルボキシアルキル基含有セルロースエーテル、(C)カーボンナノチューブ、(D)水系溶媒のみを含む構成に限らず、任意成分として、その他成分を含んでもいてもよい。その他成分としては、例えば、(A)オリビン型構造正極活物質以外の正極活物質(以下、その他正極活物質と記載する。)が挙げられる。
(Other ingredients)
The slurry for the secondary battery positive electrode is not limited to the configuration containing only the above (A) olivine structure positive electrode active material, (B) carboxyalkyl group-containing cellulose ether, (C) carbon nanotubes, and (D) aqueous solvent, and any Other components may be included as components. Other components include, for example, (A) a positive electrode active material other than the olivine structure positive electrode active material (hereinafter referred to as other positive electrode active material).
その他正極活物質は、リチウムイオン等の電荷担体を吸蔵及び放出し得るリチウムイオン二次電池の正極活物質として使用可能なものであればよい。その他正極活物質としては、例えば、層状岩塩構造を有するリチウム複合金属酸化物、スピネル構造の金属酸化物などが挙げられる。これらのその他正極活物質は、電気伝導度を向上させるために、粒子表面に炭素系物質がコーティングされていてもよい。また、これらの正極活物質は単独で、又は二種類以上併せて使用できる。その他正極活物質を含む場合、二次電池正極用スラリーに含まれる正極活物質全体に占めるその他正極活物質の質量割合は、例えば、10%以上90%以下である。 Other positive electrode active materials may be those that can be used as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery that can occlude and release charge carriers such as lithium ions. Other positive electrode active materials include, for example, lithium composite metal oxides having a layered rock salt structure, metal oxides having a spinel structure, and the like. These other positive electrode active materials may have their particle surfaces coated with a carbonaceous material in order to improve electrical conductivity. Moreover, these positive electrode active materials can be used individually or in combination of two or more. When the other positive electrode active material is included, the mass ratio of the other positive electrode active material to the entire positive electrode active material contained in the secondary battery positive electrode slurry is, for example, 10% or more and 90% or less.
上記のとおり、二次電池正極用スラリーは、上記の(A)~(D)成分を含み、好ましくは(E)成分を更に含む。二次電池正極用スラリーに含まれる上記の(A)~(E)成分の組み合わせとしては、例えば、(A)粒子表面に炭素系物質がコーティングされているLiFePO4、(B)カルボキシメチルセルロース、(C)単層カーボンナノチューブ、(D)水、及び(E)アクリルエマルジョンの組み合わせが挙げられる。 As described above, the secondary battery positive electrode slurry contains the above components (A) to (D), and preferably further contains component (E). Combinations of the above components (A) to (E) contained in the secondary battery positive electrode slurry include, for example, (A) LiFePO 4 having a particle surface coated with a carbonaceous substance, (B) carboxymethyl cellulose, ( Combinations of C) single-walled carbon nanotubes, (D) water, and (E) acrylic emulsions are included.
<二次電池正極用スラリーの製造方法>
二次電池正極用スラリーの製造方法は、(A)オリビン型構造正極活物質、(B)カルボキシアルキル基含有セルロースエーテル、(C)カーボンナノチューブ、及び(D)水系溶媒を混合することにより中間スラリーとしての一次スラリーを調製するステップ(I)と、一次スラリーに(C)カーボンナノチューブを更に加えて混合することにより二次スラリーを調製するステップ(II)を含む。つまり、二次電池正極用スラリーの製造方法では、(C)カーボンナノチューブをステップ(I)及びステップ(II)に分割して混合している。また、二次電池正極用スラリーの製造方法は、二次スラリーに(E)水系結着剤を加えて混合するステップ(III)を含む。
<Method for producing slurry for secondary battery positive electrode>
A method for producing a secondary battery positive electrode slurry comprises mixing (A) an olivine-type structure positive electrode active material, (B) a carboxyalkyl group-containing cellulose ether, (C) a carbon nanotube, and (D) an aqueous solvent to prepare an intermediate slurry. and step (II) of preparing a secondary slurry by further adding (C) carbon nanotubes to the primary slurry and mixing. That is, in the method for producing the secondary battery positive electrode slurry, (C) the carbon nanotubes are divided into steps (I) and (II) and mixed. Moreover, the method for producing the slurry for a secondary battery positive electrode includes the step (III) of adding (E) an aqueous binder to the secondary slurry and mixing.
ステップ(I)では、(A)オリビン型構造正極活物質と、(B)カルボキシアルキル基含有セルロースエーテルと、(C)カーボンナノチューブの一部と、(D)水系溶媒とを混合し、混錬することで一次スラリーを調製する。ステップ(I)にて混合される(C)カーボンナノチューブの配合量は、例えば、製造される二次電池正極用スラリーに含まれる(C)カーボンナノチューブの全量を100質量部としたとき、30質量部以上80質量部以下であることが好ましく、50質量部以上70質量部以下であることがより好ましい。また、上記ステップ(I)にて混合される(C)カーボンナノチューブの配合量は、例えば、製造される二次電池正極用スラリーの上記主成分合計を100質量部としたとき、0.01質量部以上4質量部以下であることが好ましい。 In step (I), (A) an olivine-type positive electrode active material, (B) a carboxyalkyl group-containing cellulose ether, (C) a portion of carbon nanotubes, and (D) an aqueous solvent are mixed and kneaded. to prepare a primary slurry. The amount of (C) carbon nanotubes mixed in step (I) is, for example, 30 parts by mass when the total amount of (C) carbon nanotubes contained in the produced secondary battery positive electrode slurry is 100 parts by mass. It is preferably from 50 parts by mass to 80 parts by mass, and more preferably from 50 parts by mass to 70 parts by mass. Further, the blending amount of (C) carbon nanotubes mixed in step (I) is, for example, 0.01 mass parts when the total of the main components of the secondary battery positive electrode slurry to be produced is 100 mass parts. It is preferably 4 parts by mass or more and 4 parts by mass or less.
ステップ(I)における具体的な混錬方法は、一次スラリーに含まれる各成分を均一に混錬できる方法であれば特に限定されず、二次電池正極用スラリーの製造に用いられる従来公知の混錬方法を適用できる。上記混錬方法としては、例えば、攪拌棒などを用いた手攪拌による混錬、及びプラネタリーミキサー、ホモミキサー、ホモディスパー、ヘンシェルミキサー、バンバリーミキサー、リボンミキサー、V型ミキサー、自転公転式ミキサーなどの慣用ミキサー、超音波分散機などを用いた機械的撹拌による混錬が挙げられる。 The specific kneading method in step (I) is not particularly limited as long as it is a method that can uniformly knead each component contained in the primary slurry. You can apply the smelting method. Examples of the kneading method include manual kneading using a stirring rod, planetary mixer, homomixer, homodisper, Henschel mixer, Banbury mixer, ribbon mixer, V-type mixer, and rotation-revolution mixer. kneading by mechanical stirring using a conventional mixer, an ultrasonic disperser, or the like.
ステップ(II)では、上記一次スラリーに対して、残部の(C)カーボンナノチューブを更に混合し、混錬することで二次スラリーを調製する。ステップ(II)にて混合される(C)カーボンナノチューブの配合量は、製造される二次電池正極用スラリーにおける(C)カーボンナノチューブの全量からステップ(I)にて混合された(C)カーボンナノチューブの配合量を引いた量である。また、ステップ(II)にて混合される(C)カーボンナノチューブの配合量は、例えば、製造される二次電池正極用スラリーの上記主成分合計を100質量部としたとき、0.01質量部以上3.5質量部以下であることが好ましい。 In step (II), the remaining (C) carbon nanotubes are further mixed with the primary slurry and kneaded to prepare a secondary slurry. The amount of (C) carbon nanotubes mixed in step (II) is the total amount of (C) carbon nanotubes mixed in step (I) from the total amount of (C) carbon nanotubes in the secondary battery positive electrode slurry to be produced. This is the amount obtained by subtracting the amount of nanotubes. Further, the amount of (C) carbon nanotubes mixed in step (II) is, for example, 0.01 parts by mass when the total of the main components of the secondary battery positive electrode slurry to be produced is 100 parts by mass. More than 3.5 parts by mass or less is preferable.
ステップ(II)における具体的な混錬方法は特に限定されず、ステップ(I)における混錬方法と同様に、二次電池正極用スラリーの製造に用いられる従来公知の混錬方法を適用できる。 A specific kneading method in step (II) is not particularly limited, and a conventionally known kneading method used for producing slurry for a secondary battery positive electrode can be applied similarly to the kneading method in step (I).
ステップ(III)では、上記二次スラリーに対して、(E)水系結着剤を混合し、混錬することで二次電池正極用スラリーを調製する。
ステップ(III)にて混合される(E)水系結着剤の配合量と、上記ステップ(II)にて混合される(C)カーボンナノチューブの配合量の質量比((E)/(C))は、例えば、1以上50以下であることが好ましく、2以上45以下であることがより好ましい。
In step (III), the secondary slurry is mixed with (E) an aqueous binder and kneaded to prepare a secondary battery positive electrode slurry.
A mass ratio ((E)/(C) ) is, for example, preferably 1 or more and 50 or less, more preferably 2 or more and 45 or less.
ステップ(III)における具体的な混錬方法は特に限定されず、ステップ(I)における混錬方法と同様に、二次電池正極用スラリーの製造に用いられる従来公知の混錬方法を適用できる。 A specific kneading method in step (III) is not particularly limited, and a conventionally known kneading method used for producing slurry for a secondary battery positive electrode can be applied similarly to the kneading method in step (I).
なお、その他成分を含有する二次電池正極用スラリーを製造する場合、その他成分は、ステップ(I)~ステップ(III)のいずれのステップにて混合してもよい。また、ステップ(III)の後に、ステップ(III)にて調製されたスラリーに対して、その他成分の一部又は全部を混合するステップ(IV)を設けてもよい。上記ステップ(IV)を含まない二次電池正極用スラリーの製造方法とした場合、ステップ(III)にて調製されたスラリーが二次電池正極用スラリーとなる。また、上記ステップ(IV)を含む二次電池正極用スラリーの製造方法とした場合、ステップ(IV)にて調製されたスラリーが二次電池正極用スラリーとなる。 When producing a secondary battery positive electrode slurry containing other components, the other components may be mixed in any of steps (I) to (III). Moreover, after step (III), a step (IV) of mixing a part or all of other components with the slurry prepared in step (III) may be provided. In the case of a method for producing a secondary battery positive electrode slurry that does not include the above step (IV), the slurry prepared in step (III) becomes the secondary battery positive electrode slurry. Moreover, when the manufacturing method of the slurry for secondary battery positive electrodes includes the said step (IV), the slurry prepared in step (IV) turns into the slurry for secondary battery positive electrodes.
(A)オリビン型構造正極活物質及び(B)カルボキシアルキル基含有セルロースエーテルについても、ステップ(I)及びステップ(II)に分割して混合してもよい。この場合、一次スラリー及び二次スラリーのそれぞれにおける、(A)オリビン型構造正極活物質と(B)カルボキシアルキル基含有セルロースエーテルとの合計に対する(C)カーボンナノチューブの質量比が、一次スラリーよりも二次スラリーの方が高くなるように各材料の配合を調製する。 (A) the olivine-type positive electrode active material and (B) the carboxyalkyl group-containing cellulose ether may also be divided into step (I) and step (II) and mixed. In this case, in each of the primary slurry and the secondary slurry, the mass ratio of (C) carbon nanotubes to the sum of (A) the olivine structure positive electrode active material and (B) the carboxyalkyl group-containing cellulose ether is higher than that of the primary slurry. The formulation of each material is adjusted so that the secondary slurry is higher.
また、ステップ(I)~ステップ(IV)において配合される各成分の配合時の形態は特に限定されるものではなく、各成分の性質に基づいて適宜選択できる。例えば、単体の形態で配合してもよいし、溶液及び分散液等の混合液の形態で配合してもよい。混合液を構成する溶媒としては、(D)水系溶媒で例示した溶媒と同じものを用いることができる。 Moreover, the form of each component to be blended in steps (I) to (IV) is not particularly limited, and can be appropriately selected based on the properties of each component. For example, it may be blended in the form of a single substance, or in the form of a mixed liquid such as a solution or a dispersion. As the solvent constituting the mixed liquid, the same solvents as those exemplified for (D) aqueous solvent can be used.
一例として、(C)カーボンナノチューブは、凝集力が強い性質を有しているため、ペースト状の分散液の形態で配合することが好ましい。分散液の形態で配合することにより、一次スラリー中又は二次スラリー中における(C)カーボンナノチューブの凝集を抑制できる。なお、(C)カーボンナノチューブを分散液の形態で配合する場合、上記の(C)カーボンナノチューブの配合量は、分散液の固形分の質量である。 As an example, (C) carbon nanotubes have the property of having a strong cohesive force, so it is preferable to mix them in the form of a paste-like dispersion. By blending in the form of a dispersion, aggregation of (C) carbon nanotubes in the primary slurry or secondary slurry can be suppressed. When the (C) carbon nanotubes are blended in the form of a dispersion, the amount of the (C) carbon nanotubes is the mass of the solid content of the dispersion.
<二次電池正極用電極>
二次電池正極用電極は、正極集電体と、その正極集電体の少なくとも一方の面に形成された正極活物質層とを備える。正極活物質層は、本発明の二次電池正極用スラリーから形成された層である。したがって、正極活物質層には、二次電池正極用スラリーに含まれる固形分である(A)オリビン型構造正極活物質、(B)カルボキシアルキル基含有セルロースエーテル、(C)カーボンナノチューブが含まれている。
<Electrode for secondary battery positive electrode>
A secondary battery positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on at least one surface of the positive electrode current collector. The positive electrode active material layer is a layer formed from the slurry for a secondary battery positive electrode of the present invention. Therefore, the positive electrode active material layer includes (A) an olivine-type structure positive electrode active material, (B) a carboxyalkyl group-containing cellulose ether, and (C) carbon nanotubes, which are solids contained in the secondary battery positive electrode slurry. ing.
正極集電体は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、正極活物質層に電流を流し続けるための化学的に不活性な電気伝導体である。正極集電体は、箔状である。箔状の正極集電体の厚さは、例えば、1μm以上100μm以下であり、好ましくは10μm以上60μm以下である。正極集電体を構成する材料としては、例えば、金属材料、導電性樹脂材料、導電性無機材料等を用いることができる。上記金属材料としては、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼が挙げられる。上記導電性樹脂材料としては、例えば、導電性高分子材料又は非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂等が挙げられる。 A positive electrode current collector is a chemically inert electrical conductor for continuing current flow to the positive electrode active material layer during discharging or charging of a lithium ion secondary battery. The positive electrode current collector is foil-shaped. The thickness of the foil-shaped positive electrode current collector is, for example, 1 μm or more and 100 μm or less, preferably 10 μm or more and 60 μm or less. As a material constituting the positive electrode current collector, for example, a metal material, a conductive resin material, a conductive inorganic material, or the like can be used. Examples of the metal material include copper, aluminum, nickel, titanium, and stainless steel. Examples of the conductive resin material include a resin obtained by adding a conductive filler to a conductive polymer material or a non-conductive polymer material as necessary.
正極集電体は、前述した金属材料又は導電性樹脂材料を含む1以上の層を含む複数層を備えてもよい。正極集電体の一方又は両方の表面は、公知の保護層により被覆されてもよい。正極集電体の一方又は両方の表面は、メッキ処理等の公知の方法により表面処理されていてもよい。上記表面処理としては、例えば、クロメート処理、リン酸クロメート処理が挙げられる。本実施形態において、正極集電体はアルミニウム箔により構成されている。 The positive electrode current collector may comprise multiple layers including one or more layers containing the aforementioned metal material or conductive resin material. One or both surfaces of the positive electrode current collector may be coated with a known protective layer. One or both surfaces of the positive electrode current collector may be surface-treated by a known method such as plating. Examples of the surface treatment include chromate treatment and chromate phosphoric acid treatment. In this embodiment, the positive electrode current collector is made of aluminum foil.
正極活物質層の厚みは、例えば、50μm以上1000μm以下であり、好ましくは70μm以上500μm以下である。
<二次電池正極用電極の製造方法>
二次電池正極用電極の製造方法は、正極集電体の少なくとも一方の面に本発明の二次電池正極用スラリーを塗布して正極活物質層を形成する活物質層形成工程を有する。活物質層形成工程では、通常、二次電池正極用スラリー塗布する塗布工程の後、二次電池正極用スラリーの塗布層を乾燥させる乾燥工程が行われる。
The thickness of the positive electrode active material layer is, for example, 50 μm or more and 1000 μm or less, preferably 70 μm or more and 500 μm or less.
<Method for producing secondary battery positive electrode>
A method for manufacturing a secondary battery positive electrode has an active material layer forming step of applying the secondary battery positive electrode slurry of the present invention to at least one surface of a positive electrode current collector to form a positive electrode active material layer. In the active material layer forming step, a drying step of drying the coating layer of the slurry for the secondary battery positive electrode is normally performed after the coating step of applying the slurry for the secondary battery positive electrode.
正極集電体への二次電池正極用スラリーの塗布方法としては、例えば、ロール法、ダイ塗工法、リバースロール法、ドクターブレード法、ナイフ法、グラビア法、ディップ法及びスクイーズ法が挙げられる。二次電池正極用スラリーの塗布は、正極集電体の片面及び両面に施すことができる。正極集電体の両面に塗布する場合は、片面ずつ逐次、塗布してもよく、両面同時に塗布してもよい。また、正極集電体の表面に連続的又は間欠的に塗布してもよい。二次電池正極用スラリーの塗布層の厚さ、長さや幅は、リチウムイオン二次電池の大きさに応じて適宜設定する。 Examples of the method for applying the secondary battery positive electrode slurry to the positive electrode current collector include a roll method, a die coating method, a reverse roll method, a doctor blade method, a knife method, a gravure method, a dip method, and a squeeze method. The secondary battery positive electrode slurry can be applied to one side or both sides of the positive electrode current collector. When applying to both surfaces of the positive electrode current collector, it may be applied one by one successively, or both surfaces may be applied simultaneously. Alternatively, the surface of the positive electrode current collector may be coated continuously or intermittently. The thickness, length and width of the coating layer of the secondary battery positive electrode slurry are appropriately set according to the size of the lithium ion secondary battery.
二次電池正極用スラリーの乾燥方法としては、例えば、自然乾燥、低温風、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線、マイクロ波などが挙げられる。これらの乾燥方法は、2種以上組み合わせてもよい。乾燥温度は、20度以上120度以下であり、好ましくは40度以上100度以下である。 Examples of drying methods for the secondary battery positive electrode slurry include natural drying, low-temperature air, hot air, vacuum, infrared rays, far-infrared rays, electron beams, and microwaves. Two or more of these drying methods may be combined. The drying temperature is 20°C or higher and 120°C or lower, preferably 40°C or higher and 100°C or lower.
さらに、電極密度を高めるべく乾燥工程の後に正極活物質層を圧縮する圧縮工程を行ってもよい。正極活物質層の圧縮方法としては、例えば、金型プレス法やカレンダープレス法が挙げられる。プレス圧は、0.1t/cm2以上10t/cm2以下であることが好ましく、0.5t/cm2以上5.0t/cm2以下であることがより好ましい。 Furthermore, in order to increase the electrode density, a compression step of compressing the positive electrode active material layer may be performed after the drying step. Examples of the method for compressing the positive electrode active material layer include a mold press method and a calender press method. The pressing pressure is preferably 0.1 t/cm 2 or more and 10 t/cm 2 or less, more preferably 0.5 t/cm 2 or more and 5.0 t/cm 2 or less.
塗布工程、乾燥工程、圧縮工程の各工程の間及び圧縮工程の後の少なくとも一部のタイミングにおいて、二次電池正極用電極を巻き取ってロール状にする巻き取り工程を行ってもよい。また、圧縮工程の後に再度、乾燥工程を行ってもよい。 Between each step of the coating step, the drying step, and the compression step, and at least part of the timing after the compression step, a winding step of winding the electrode for a secondary battery positive electrode into a roll shape may be performed. Moreover, you may perform a drying process again after a compression process.
<リチウムイオン二次電池>
上記の製造方法により製造された二次電池正極用電極を用いたリチウムイオン二次電池としては、例えば、複数の蓄電セルが積層されてなる積層型の蓄電装置が挙げられる。以下、上記蓄電装置の基本積な構成について説明する。
<Lithium ion secondary battery>
As a lithium ion secondary battery using the secondary battery positive electrode manufactured by the above-described manufacturing method, for example, a stacked power storage device in which a plurality of power storage cells are stacked is exemplified. The basic configuration of the power storage device will be described below.
上記蓄電装置の蓄電セルは、箔状の負極集電体に負極活物質層が形成された負極と、二次電池正極用電極である正極と、セパレータと、スペーサと、電解質とを備える。負極及び正極は、セパレータを間に挟んで負極活物質層と正極活物質層とが対向するように配置される。スペーサは、正極活物質層及び負極活物質層の周囲を囲むように配置されるとともに、正極集電体及び負極集電体に接着されている。蓄電セルの内部には、スペーサ、正極、負極によって囲まれた密閉空間が形成されている。密閉空間には、セパレータと電解質が収容される。 A storage cell of the power storage device includes a negative electrode in which a negative electrode active material layer is formed on a foil-shaped negative electrode current collector, a positive electrode as a secondary battery positive electrode, a separator, a spacer, and an electrolyte. The negative electrode and the positive electrode are arranged such that the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer face each other with the separator interposed therebetween. The spacer is arranged so as to surround the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, and is adhered to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. A closed space surrounded by a spacer, a positive electrode, and a negative electrode is formed inside the storage cell. The sealed space accommodates the separator and the electrolyte.
上記蓄電装置は、複数の蓄電セルが積層方向にスタックされたセルスタックと、セルスタックの積層方向において、セルスタックを挟む一対の通電体とを備える。セルスタックは、負極集電体と正極集電体とが電気的に接続されるように複数の蓄電セルが直接又は間接的に重ね合わされた構造を有する。これにより、セルスタックを構成する複数の蓄電セルは、直列に接続されている。一対の通電体は、正極集電体に電気的に接続される正極通電板と、負極集電体に電気的に接続される負極通電板とからなる。上記蓄電装置は、正極通電板及び負極通電板のそれぞれに設けられた端子を通じて充放電が行われる。 The power storage device includes a cell stack in which a plurality of power storage cells are stacked in a stacking direction, and a pair of current-carrying bodies sandwiching the cell stack in the stacking direction of the cell stack. A cell stack has a structure in which a plurality of storage cells are directly or indirectly stacked such that a negative electrode current collector and a positive electrode current collector are electrically connected. As a result, the plurality of storage cells forming the cell stack are connected in series. The pair of current-carrying bodies includes a positive current-carrying plate electrically connected to the positive current collector and a negative current-carrying plate electrically connected to the negative current collector. In the power storage device, charging and discharging are performed through terminals provided on each of the positive electrode plate and the negative electrode plate.
本実施形態によれば、以下に記載する効果を得ることができる。
(1)二次電池正極用スラリーの製造方法は、ステップ(I)とステップ(II)とを含む。ステップ(I)は、(A)オリビン型構造正極活物質、(B)カルボキシアルキル基含有セルロースエーテル、(C)カーボンナノチューブ、及び(D)水系溶媒を混合することにより中間スラリーを調製するステップである。ステップ(II)は、中間スラリーに(C)カーボンナノチューブを更に加えて混合するステップである。
According to this embodiment, the effects described below can be obtained.
(1) A method for producing a slurry for a secondary battery positive electrode includes step (I) and step (II). Step (I) is a step of preparing an intermediate slurry by mixing (A) an olivine-type positive electrode active material, (B) a carboxyalkyl group-containing cellulose ether, (C) carbon nanotubes, and (D) an aqueous solvent. be. Step (II) is a step of further adding (C) carbon nanotubes to the intermediate slurry and mixing.
上記製造方法によれば、二次電池正極用スラリー中における各成分の混合状態を、正極集電体に対する剥離強度の高い正極活物質層を形成することに適した状態とすることができる。したがって、二次電池正極用スラリーから形成される正極活物質層の剥離強度が向上する。 According to the manufacturing method, the mixed state of each component in the slurry for the secondary battery positive electrode can be made suitable for forming a positive electrode active material layer having high peel strength against the positive electrode current collector. Therefore, the peel strength of the positive electrode active material layer formed from the secondary battery positive electrode slurry is improved.
(2)(C)カーボンナノチューブの少なくとも一部は、単層カーボンナノチューブであることが好ましい。
単層カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブと比較して単位質量当たりの導電性が良い。そのため、単層カーボンナノチューブを用いる場合には、少ない配合量であっても二次電池正極用スラリーから形成される正極活物質層の導電性が向上する。したがって、この製造方法により得られた二次電池正極用スラリーは、二次電池の電池特性の向上に寄与する。
(2) (C) At least part of the carbon nanotubes are preferably single-walled carbon nanotubes.
Single-walled carbon nanotubes have better conductivity per unit mass than multi-walled carbon nanotubes. Therefore, when single-walled carbon nanotubes are used, the conductivity of the positive electrode active material layer formed from the secondary battery positive electrode slurry is improved even with a small blending amount. Therefore, the secondary battery positive electrode slurry obtained by this production method contributes to the improvement of the battery characteristics of the secondary battery.
(3)二次電池正極用スラリーに含まれる(C)カーボンナノチューブの全量を100質量部としたとき、中間スラリーを調製するステップにおいて混合される(C)カーボンナノチューブの配合量は、50~70質量部であることが好ましい。 (3) When the total amount of (C) carbon nanotubes contained in the secondary battery positive electrode slurry is 100 parts by mass, the amount of (C) carbon nanotubes mixed in the step of preparing the intermediate slurry is 50 to 70. Parts by mass are preferred.
この場合には、二次電池正極用スラリーから形成される正極活物質層の剥離強度が更に向上する。
(4)(A)オリビン型構造正極活物質は、LiFePO4であることが好ましい。
In this case, the peel strength of the positive electrode active material layer formed from the secondary battery positive electrode slurry is further improved.
(4) (A) The olivine structure cathode active material is preferably LiFePO4 .
この場合には、二次電池正極用スラリーから形成される正極活物質層の剥離強度が向上する効果がより顕著に得られる。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
In this case, the effect of improving the peel strength of the positive electrode active material layer formed from the secondary battery positive electrode slurry can be obtained more remarkably.
In addition, this embodiment can be changed and implemented as follows. This embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
○二次スラリーに(E)水系結着剤を混合するステップ(III)に代えて、一次スラリーに対して残部の(C)カーボンナノチューブを混合するステップ(II)にて(E)水系結着剤を混合してもよい。また、ステップ(II)及びステップ(III)の両方で(E)水系結着剤を混合してもよい。 o Instead of the step (III) of mixing (E) an aqueous binder with the secondary slurry, (E) aqueous binding in the step (II) of mixing the remaining (C) carbon nanotubes with the primary slurry agents may be mixed. Also, (E) a water-based binder may be mixed in both step (II) and step (III).
○二次スラリーに対して(E)水系結着剤を混合するステップ(III)を省略してもよい。この場合、製造される二次電池正極用スラリーは、(E)水系結着剤を含まない二次電池正極用スラリーであってもよいし、使用時に(E)水系結着剤を混合して用いる二次電池正極用スラリーであってもよい。 o Step (III) of mixing (E) a water-based binder with the secondary slurry may be omitted. In this case, the produced secondary battery positive electrode slurry may be (E) a secondary battery positive electrode slurry that does not contain an aqueous binder, or may be mixed with (E) an aqueous binder at the time of use. The secondary battery positive electrode slurry to be used may also be used.
○上記実施形態では、(C)カーボンナノチューブをステップ(I)及びステップ(II)の2回に分割して混合していたが、3回以上の複数回に分割して混合してもよい。例えば、ステップ(II)に続いて行われるステップ(III)及びステップ(IV)の一方又は両方にて(C)カーボンナノチューブを更に混合してもよい。 ○ In the above embodiment, (C) the carbon nanotube was divided into two steps of step (I) and step (II) and mixed, but it may be divided into three or more times and mixed. For example, (C) carbon nanotubes may be further mixed in one or both of step (III) and step (IV) performed subsequent to step (II).
以下に、上記実施形態をさらに具体化した実施例について説明する。
<実施例1>
(正極用スラリーの調製)
LiFePO4(LFP)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、単層カーボンナノチューブ(CNT)、アクリルエマルジョン(アクリルEm)を各々の固形分が表1に示す配合割合で含む正極用スラリーを調製した。まず、ステップ(I)として、LFP全量と、CMC全量と、CNTの一部とを混合した。この混合物に対して、最終的に調製される正極用スラリーの固形分比率が60質量%となる量の水を加えた。そして、プラネタリーミキサーを用いて10rpmにて45分、混錬することにより、中間スラリーとしての一次スラリーを得た。
Examples that further embody the above embodiment will be described below.
<Example 1>
(Preparation of positive electrode slurry)
A positive electrode slurry containing LiFePO 4 (LFP), carboxymethyl cellulose (CMC), single-walled carbon nanotubes (CNT), and acrylic emulsion (acrylic Em) at the solid content shown in Table 1 was prepared. First, as step (I), the total amount of LFP, the total amount of CMC, and a portion of CNT were mixed. To this mixture, water was added in such an amount that the solid content ratio of the finally prepared positive electrode slurry was 60% by mass. Then, by kneading at 10 rpm for 45 minutes using a planetary mixer, a primary slurry was obtained as an intermediate slurry.
次に、ステップ(II)として、一次スラリーにCNTの残部を加え、プラネタリーミキサーを用いて10rpmにて10分、混錬することにより二次スラリーを得た。ステップ(I)におけるCNTの配合量は、CNT全量(固形分)を100質量部としたとき、60質量部となる量とし、ステップ(II)におけるCNTの配合量は40質量部となる量とした。ステップ(I)及び(II)におけるCNTは同じ固形分比率のペーストを用いた。次に、ステップ(III)として、二次スラリーにアクリルEm全量を加え、プラネタリーミキサーを用いて10rpmにて10分間、混錬することにより、実施例1の正極用スラリーを得た。 Next, as step (II), the remainder of the CNTs was added to the primary slurry and kneaded at 10 rpm for 10 minutes using a planetary mixer to obtain a secondary slurry. The amount of CNTs in step (I) is 60 parts by mass when the total amount of CNTs (solid content) is 100 parts by mass, and the amount of CNTs in step (II) is 40 parts by mass. did. The CNTs in steps (I) and (II) were pastes with the same solid content ratio. Next, as step (III), the total amount of acrylic Em was added to the secondary slurry, and kneaded at 10 rpm for 10 minutes using a planetary mixer to obtain the positive electrode slurry of Example 1.
実施例1の正極用スラリーを用いて正極用電極を作製した。まず、正極集電体となる厚さ12μmのアルミニウム箔の片側の面上に、アプリケータを用いて正極用スラリーを塗工した。その後、50℃のホットプレートを用いて45分間、加熱し、塗工された正極用スラリーを乾燥させることにより正極活物質層を形成した。正極用スラリーは、乾燥後の正極活物質層の目付け量が70g/cm2となるように塗工した。得られた電極を実施例1の正極用電極とした。
Using the positive electrode slurry of Example 1, a positive electrode was produced. First, an applicator was used to apply a positive electrode slurry onto one surface of a 12 μm thick aluminum foil serving as a positive electrode current collector. Thereafter, the positive electrode active material layer was formed by heating for 45 minutes using a hot plate at 50° C. and drying the coated positive electrode slurry. The positive electrode slurry was applied so that the weight of the positive electrode active material layer after drying was 70 g/cm 2 . The obtained electrode was used as the positive electrode of Example 1.
<実施例2>
ステップ(I)及びステップ(II)におけるCNTの各配合量を変更した点を除いて、実施例1と同様の方法により、実施例2の正極用スラリーを得た。ステップ(I)におけるCNTの配合量は、CNT全量(固形分)を100質量部としたとき、20質量部となる量とし、ステップ(II)におけるCNTの配合量は80質量部となる量とした。次に、実施例2の正極用スラリーを用いて、実施例1と同様の方法により、実施例2の正極用電極を得た。
<Example 2>
A positive electrode slurry of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amounts of CNTs in steps (I) and (II) were changed. The amount of CNTs in step (I) is 20 parts by mass when the total amount of CNTs (solid content) is 100 parts by mass, and the amount of CNTs in step (II) is 80 parts by mass. did. Next, using the positive electrode slurry of Example 2, a positive electrode of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1.
<比較例1>
ステップ(I)ではCNTを添加せず、CNT全量をステップ(II)で添加するように変更した点を除いて、実施例1と同様の方法により、比較例1の正極用スラリーを得た。次に、比較例1の正極用スラリーを用いて、実施例1と同様の方法により、比較例1の正極用電極を得た。
<Comparative Example 1>
A positive electrode slurry of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that no CNTs were added in step (I) and the entire amount of CNTs was added in step (II). Next, using the positive electrode slurry of Comparative Example 1, a positive electrode of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1.
<剥離強度の測定>
実施例1~2及び比較例1の正極用電極を2.5cm×4cmに裁断したものを測定サンプルとした。剥離試験装置(MINEBEA社製、LTS-50N-S300)を用いて、測定サンプルの正極集電体と正極活物質層とを引き剥がす形式にて、JIS K 6854-1に準拠した90度剥離試験を行った。90度剥離試験にて測定された強度を線幅である2.5cmで除算することにより、測定サンプルにおける正極活物質層と正極集電体との間の剥離強度を算出した。その結果を表2に示す。
<Measurement of peel strength>
Measurement samples were obtained by cutting the positive electrodes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 into 2.5 cm×4 cm. Using a peel tester (LTS-50N-S300, manufactured by MINEBEA), a 90-degree peel test in accordance with JIS K 6854-1 in which the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer of the measurement sample are peeled off. did The peel strength between the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector in the measurement sample was calculated by dividing the strength measured in the 90-degree peel test by the line width of 2.5 cm. Table 2 shows the results.
<正極活物質層の表面色の黒色度の測定>
実施例1~2及び比較例1の正極用電極の正極活物質層の表面の黒色度を、反射濃度計(サカタインクスエンジニアリング株式会社製RD-19)を用いて測定した。その結果を表2に示す。
<Measurement of Blackness of Surface Color of Positive Electrode Active Material Layer>
The blackness of the surface of the positive electrode active material layer of the positive electrodes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was measured using a reflection densitometer (RD-19 manufactured by Sakata Inx Engineering Co., Ltd.). Table 2 shows the results.
<正極活物質層の密度の測定>
実施例1~2及び比較例1の正極用電極の正極活物質層の密度を測定した。その結果を表2に示す。
<Measurement of Density of Positive Electrode Active Material Layer>
The densities of the positive electrode active material layers of the positive electrodes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were measured. Table 2 shows the results.
これらの結果から、正極用スラリーの製造時において、CNTをステップ(I)及びステップ(II)の二回に分割して混合することにより、正極活物質層の剥離強度が変化することが分かる。つまり、LFP及びCMCとCNTとを混合して一次スラリーを調製した後、一次スラリーにCNTを更に混合することにより、正極活物質層の剥離強度が上昇する。そして、剥離強度の上昇度合は、ステップ(I)におけるCNTの配合量と、ステップ(II)におけるCNTの配合量と比率によって変化する。 From these results, it can be seen that the peel strength of the positive electrode active material layer is changed by mixing the CNTs in two steps, step (I) and step (II), during the production of the positive electrode slurry. That is, by mixing LFP, CMC, and CNTs to prepare a primary slurry and then further mixing CNTs into the primary slurry, the peel strength of the positive electrode active material layer is increased. The degree of increase in peel strength varies depending on the amount of CNT compounded in step (I) and the amount and ratio of CNT compounded in step (II).
上記の正極活物質層の剥離強度の変化は、以下に記載するように、正極用スラリー中に浮遊するCNTと正極用スラリー中に含まれる水系結着剤であるアクリルEmとの相互作用に起因すると推測される。 As described below, the change in the peel strength of the positive electrode active material layer is caused by the interaction between the CNTs floating in the positive electrode slurry and the acrylic Em, which is a water-based binder contained in the positive electrode slurry. It is assumed that
実施例1及び実施例2の正極用スラリーの場合、ステップ(I)にて混合されたCNTの大部分は、共に混合されたLFPとCMCとが一体化した一体化粒子の表面に接着している、又は一体化粒子の内部に存在している。そして、ステップ(II)にて混合されたCNTの大部分は、正極用スラリー中に浮遊した状態で存在している。一方、比較例1の正極用スラリーの場合、ステップ(II)にて全量のCNTを混合しているため、ほとんどのCNTが正極用スラリー中に浮遊した状態で存在している。 In the case of the positive electrode slurries of Examples 1 and 2, most of the CNTs mixed in step (I) adhered to the surfaces of the integrated particles in which the LFP and CMC that were mixed together were integrated. or exists inside the integrated particles. Most of the CNTs mixed in step (II) are present in the positive electrode slurry in a floating state. On the other hand, in the case of the positive electrode slurry of Comparative Example 1, most of the CNTs are present in a floating state in the positive electrode slurry because all the CNTs are mixed in step (II).
この点を示すデータとして、実施例1及び実施例2よりも比較例1の正極活物質層の表面の黒色度が高い点が挙げられる。正極活物質層の表面の黒色度が高いことは、正極用スラリーの塗膜を乾燥させて正極活物質層を形成する際に表面に移行するCNTが多いこと、即ち、スラリー中に浮遊するCNTが多いことを示している。 As data showing this point, the blackness of the surface of the positive electrode active material layer of Comparative Example 1 is higher than that of Examples 1 and 2. The high blackness of the surface of the positive electrode active material layer means that a large amount of CNTs migrate to the surface when the coating film of the positive electrode slurry is dried to form the positive electrode active material layer, that is, the CNTs floating in the slurry indicates that there are many
上記のとおり、実施例1及び実施例2の場合、正極用スラリー中の全CNTに占める浮遊した状態のCNTの割合が減少する。これにより、浮遊した状態のCNTが水系結着剤に接着することによる水系結着剤の結着力の低下を抑制できる。その結果、正極活物質層の剥離強度が向上する。 As described above, in the case of Examples 1 and 2, the ratio of CNTs in a floating state to the total CNTs in the positive electrode slurry decreases. As a result, it is possible to suppress a decrease in the binding strength of the water-based binder due to adhesion of the CNTs in a floating state to the water-based binder. As a result, the peel strength of the positive electrode active material layer is improved.
ただし、水系結着剤は基本的に粒子が軽いため、水系結着剤に接着するCNTの量が少なすぎると、正極用スラリーの塗膜を乾燥させて正極活物質層を形成する際に、水系結着剤の多くが正極活物質層の表面に移行するマイグレーションが生じる。詳細なデータは示していないが、ステップ(I)にて全量のCNTを混合することにより、浮遊した状態のCNTの割合を著しく低下させた試験を行ったところ、形成された正極活物質層に水系結着剤のマイグレーションが生じた。そのため、正極用スラリー中には、浮遊した状態のCNTをある程度は存在させておく必要がある。 However, since the particles of the water-based binder are basically light, if the amount of CNTs adhered to the water-based binder is too small, when the positive electrode slurry coating film is dried to form the positive electrode active material layer, Migration occurs in which most of the water-based binder migrates to the surface of the positive electrode active material layer. Although detailed data are not shown, a test was conducted in which the proportion of CNTs in a floating state was significantly reduced by mixing the entire amount of CNTs in step (I). Migration of the water-based binder occurred. Therefore, it is necessary to allow CNTs in a floating state to exist to some extent in the positive electrode slurry.
したがって、正極活物質層の剥離強度を向上させるためには、浮遊した状態のCNTを有しつつ、全CNTに占める浮遊した状態のCNTの割合が抑制された正極用スラリーを用いることが重要になる。そして、こうした正極用スラリーを製造する方法として、実施例1及び実施例2のように、ステップ(I)及びステップ(II)の二回に分割してCNTを混合する方法は有効である。 Therefore, in order to improve the peel strength of the positive electrode active material layer, it is important to use a positive electrode slurry that contains CNTs in a floating state and that has a suppressed ratio of CNTs in a floating state to all CNTs. Become. As a method for producing such a positive electrode slurry, it is effective to mix CNTs in two steps, step (I) and step (II), as in Examples 1 and 2.
また、実施例1及び実施例2の正極用電極の正極活物質層は、比較例1の正極用電極の正極活物質層と比較して電極密度が低い。塗工工程後の正極活物質層の電極密度が低い場合、正極用電極をロール状に巻き取る際に正極活物質層にひび割れが生じ難くなる。なお、電極密度は最終的に電極をプレスすることで調整され得る。したがって、塗工工程後に正極用電極をロール状に巻き取る場合、実施例1及び実施例2の正極用スラリーを用いることは特に有効である。 In addition, the positive electrode active material layers of the positive electrodes of Examples 1 and 2 have lower electrode densities than the positive electrode active material layers of the positive electrode of Comparative Example 1. When the electrode density of the positive electrode active material layer after the coating step is low, cracks are less likely to occur in the positive electrode active material layer when the positive electrode is wound into a roll. Incidentally, the electrode density can be finally adjusted by pressing the electrodes. Therefore, when the positive electrode is wound into a roll after the coating step, it is particularly effective to use the positive electrode slurries of Examples 1 and 2.
Claims (4)
前記中間スラリーに前記カーボンナノチューブを更に加えて混合するステップと、
を含む二次電池正極用スラリーの製造方法。 A polyanionic compound having an olivine structure represented by the general formula LiM h PO 4 (M is Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mg, Zn, V, Ca, Sr, Ba, Ti, Al, Si, is at least one element selected from the group consisting of B, Te, and Mo, and h is a numerical value that satisfies 0<h<2.), a carboxyalkyl group-containing cellulose ether, carbon nanotubes, and an aqueous solvent are mixed. preparing an intermediate slurry by
further adding and mixing the carbon nanotubes into the intermediate slurry;
A method for producing a secondary battery positive electrode slurry comprising:
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