JP2022160120A - Method for manufacturing electrode for secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は二次電池用電極の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing an electrode for a secondary battery.
リチウムイオン二次電池等の二次電池に用いられる電極は、導電性を有する集電体(集電箔)と、集電体上に保持された活物質等を含む合材層と、を備えている。リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵及び放出する正極及び負極の間を、電解液中のリチウムイオンが移動することで充放電可能な非水二次電池である。 Electrodes used in secondary batteries such as lithium ion secondary batteries include a conductive current collector (collector foil) and a composite layer containing an active material and the like held on the current collector. ing. A lithium-ion secondary battery is a non-aqueous secondary battery that can be charged and discharged by moving lithium ions in an electrolytic solution between a positive electrode and a negative electrode that absorb and release lithium ions.
このような二次電池の高容量化及び高出力化を目的として、合材層に微細加工を施す場合がある。例えば、合材層に厚み方向に延びる微細孔を設けることにより、電解液の利用効率を向上する技術が知られている。 For the purpose of increasing the capacity and output of such a secondary battery, the composite material layer may be subjected to microfabrication. For example, there is known a technique for improving the utilization efficiency of the electrolytic solution by providing fine holes extending in the thickness direction in the composite material layer.
特許文献1には、集電体の少なくとも片面に、活物質を含有する合剤層を有しており、前記合剤層は、厚みが70~400μmで、非水電解液に溶出する樹脂を含有しており、前記合剤層の厚み方向には、集電体とは反対側の表面に、0.3~150μmの孔径の開口部を有する多数の微小孔が形成されていることを特徴とする非水二次電池用電極と、該電極を有する非水二次電池が開示されている。 In Patent Document 1, a mixture layer containing an active material is provided on at least one side of a current collector. In the thickness direction of the mixture layer, a large number of micropores having openings with a pore diameter of 0.3 to 150 μm are formed on the surface opposite to the current collector. and a non-aqueous secondary battery having the electrode.
特許文献1に記載の非水二次電池は、電極の合剤層(合材層)を厚くしても、高出力放電時における容量が大きく、負荷特性が優れていることを特徴とする。しかしながら、特許文献1に記載の技術では、電極材料と溶媒とが混合された塗膜を乾燥させた後にプレスを行うことにより微細孔を形成する。このように製造された電極の合材層では、プレスに伴って、微細孔を形成した加工部分の活物質が損傷を受ける場合がある。この場合、二次電池の使用時に充放電を繰り返すと、電荷担体由来の物質が析出して、電池容量が低下するという問題があった。 The non-aqueous secondary battery described in Patent Document 1 is characterized by a large capacity during high-power discharge and excellent load characteristics even when the mixture layer (mixture layer) of the electrode is thick. However, in the technique described in Patent Document 1, micropores are formed by pressing after drying a coating film in which an electrode material and a solvent are mixed. In the composite material layer of the electrode manufactured in this way, the active material in the processed portion where the fine holes are formed may be damaged by pressing. In this case, when charging and discharging are repeated during use of the secondary battery, there is a problem that a substance derived from the charge carrier is deposited and the battery capacity is lowered.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、容量維持率の高い二次電池用電極の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a secondary battery electrode having a high capacity retention rate.
一実施の形態にかかる二次電池用電極の製造方法は、少なくとも活物質と溶媒とを混合して得られた粘土状の造粒体をロール対の間を通して圧延し、圧延された造粒体を集電箔の表面に転写して集電箔の表面上に造粒体膜を成膜するステップと、造粒体膜の表面から厚み方向に延びる孔部を造粒体膜に凹設して孔部形成膜を形成するステップと、少なくとも活物質と溶媒とを混合して得られた液状のスラリーを孔部形成膜の表面上に塗工してスラリー膜を形成するステップと、孔部形成膜とスラリー膜とを乾燥させて合材層を形成するステップと、を有する。 A method for manufacturing a secondary battery electrode according to one embodiment includes rolling a clay-like granule obtained by mixing at least an active material and a solvent, and rolling the granule by passing it between a pair of rolls. is transferred to the surface of the current collector foil to form a granule film on the surface of the current collector foil; applying a liquid slurry obtained by mixing at least an active material and a solvent on the surface of the hole forming film to form a slurry film; and drying the formed film and the slurry film to form a composite layer.
本発明により、容量維持率の高い二次電池用電極の製造方法を提供することができる。 The present invention can provide a method for manufacturing a secondary battery electrode having a high capacity retention rate.
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。図中に示したものは、全体の一部であり、図示しないその他の構成が実際には多く含まれる。さらに、以下の説明において同一又は同等の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
Embodiment 1
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. Also, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate. What is shown in the drawing is a part of the whole, and actually includes many other configurations not shown. Furthermore, in the following description, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
以下、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法の好適な実施形態の一つとして、リチウムイオン二次電池用電極の製造方法に具体化して説明する。リチウムイオン二次電池は、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、電極(電極板)である正極(正極板)と負極(負極板)との間における電荷の移動により充放電が実現される二次電池である。 Hereinafter, as one preferred embodiment of the secondary battery electrode manufacturing method according to the present embodiment, a method for manufacturing a lithium ion secondary battery electrode will be specifically described. Lithium-ion secondary batteries use lithium ions as charge carriers, and charge and discharge are realized by the transfer of charge between the positive electrode (positive electrode plate) and the negative electrode (negative electrode plate), which are electrodes (electrode plates). Battery.
まず、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法により製造される電極板100の概略を説明する。電極板100は、集電箔11と、集電箔11の表面上に形成される合材層50と、を有する(図5を参照)。
First, the outline of the
集電箔11は、板状又は箔状に形成され、導電性の良好な金属により構成される。正極板である場合、集電箔11を構成する金属は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等が挙げられる。負極板である場合、集電箔11を構成する金属は、例えば、銅、銅合金、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等が挙げられる。
The
合材層50は、幅方向の一方の縁に沿った縁部を除いて、集電箔11の少なくとも一方の表面上に形成される。また、電極板100は、集電箔11の当該縁部に、合材層50が形成されず集電箔11が露出した露出部を有する。そして、合材層50は、少なくとも活物質を含み、集電箔11に保持される。合材層50は、活物質の他に、必要に応じて導電材、結着剤、及び増粘剤等の添加剤を含んでも良い。
The
(活物質)
正極板に用いられる活物質は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な材料であり、リチウムイオン二次電池に用いられ得る活物質を特に制限なく用いることができる。活物質は、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム(NCA)、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(NCM)等を単独又はこれらを組み合わせて用いることができる。また、活物質には、他の金属元素が添加されていても良い。
(active material)
The active material used for the positive electrode plate is a material capable of intercalating and deintercalating lithium ions, and any active material that can be used for lithium ion secondary batteries can be used without particular limitation. Active materials include, for example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), Nickel cobalt lithium manganate (NCM) and the like can be used alone or in combination. In addition, other metal elements may be added to the active material.
負極板に用いられる活物質は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な材料であり、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、活性炭等の炭素材料を用いることができる。 The active material used for the negative electrode plate is a material capable of intercalating and deintercalating lithium ions, and for example, carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, hard carbon, soft carbon, and activated carbon can be used.
活物質の一次粒子は、粒子状である。活物質(一次粒子)の平均粒径(D50)は、例えば、0.1μm~50μmであり、造粒時の流動性の観点から、好ましくは1μm~20μmである。活物質の平均粒径(D50)は、例えば、レーザー回折散乱法による粒度分布測定の結果から求めることができる。 The primary particles of the active material are particulate. The average particle size (D50) of the active material (primary particles) is, for example, 0.1 μm to 50 μm, preferably 1 μm to 20 μm from the viewpoint of fluidity during granulation. The average particle size (D50) of the active material can be determined, for example, from the results of particle size distribution measurement by a laser diffraction scattering method.
(導電材)
導電材は、活物質で発生した電気を集電箔11に伝達する機能を有する。導電材としては、例えば、各種カーボンブラック(例えば、アセチレンブラック)、活性炭、黒鉛、炭素繊維等の炭素材料を用いることができる。
(Conductive material)
The conductive material has a function of transmitting electricity generated by the active material to the
(結着剤)
結着剤は、合材層50を構成する電極材料を互いに結着させて合材層50を形成し、形成された合材層50を集電箔11の表面上に結着させるものである。このような機能を有する結着剤としては、後述する溶媒中に溶解又は分散する材料であれば、特に制限されない。結着剤には、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等を用いることができる。
(Binder)
The binder binds the electrode materials forming the
(合材層)
合材層50全体に占める活物質の割合は、高エネルギー密度を実現する観点から、例えば、70質量%~99質量%であり、好ましくは85質量%~95質量である。また、合材層50全体に占める導電材の割合は、出力特性とエネルギー密度とを高いレベルで両立する観点から、例えば、例えば、0.5質量%~20質量%であり、好ましくは2質量%~10質量%である。
(Mixed material layer)
From the viewpoint of achieving high energy density, the proportion of the active material in the entire
合材層50全体に占める結着剤の割合は、剥離強度及び成膜性の観点から、例えば、0.5質量%~10質量%であり、好ましくは1質量%~5質量%である。結着剤の割合が少なすぎると、集電箔11近傍の結着剤量が不足して合材層50と集電箔11との剥離強度が低下傾向になる場合がある。また、合材層50の成膜性が低下し、スケやスジが生じることにより、充放電時にリチウムが析出しやすくなる等して電池性能の低下を招く虞がある。一方、結着剤の割合が多すぎると、結着剤が正極活物質の表面を覆うことでリチウムイオンの移動が妨げられて、電池の内部抵抗が増加傾向になる場合がある。
The proportion of the binder in the entire
そして、合材層50は、合材層50の表面から厚み方向に延びるように形成された多数の微細孔51を有する。微細孔51の形状としては、合材層50の表面から集電箔11に向かって先細る円錐形状が例示されるが、これに限らない。
The
微細孔51の少なくとも一部は、合材層50の厚みの50%以上の深さであることが好ましい。合材層50の表面積に対する微細孔51の開口の総面積の割合は、例えば、1%~10%であることが好ましい。互いに隣接する微細孔51同士の中心の間隔は、0.5~500μmであることが好ましい。微細孔51が設けられた電極板100においては、電解液が電極板100の深いところまで浸透するため、活物質と電荷担体のリチウムイオンとが接触する機会が多くなり、電解液の利用効率が向上する。これにより、拡散抵抗の上昇を抑制し、出力性能が向上する効果が得られる。
At least part of the
さらに、合材層50は、集電箔11の表面上に形成される第1の合材層24と、第1の合材層24の表面上に形成される第2の合材層42と、を有する。本実施形態では、第1の合材層24は、固形分率が比較的高い粘土状の造粒体を用いて形成される。また、第2の合材層42は、固形分率が比較的低い液状のスラリーを用いて形成される。造粒体及びスラリーは、ともに合材層50を形成するための合材層形成用組成物である。
Furthermore, the
合材層50の厚みは、例えば、70~400μmである。合材層50の密度は、例えば、0.9g/cm3~1.5g/cm3である。そして、合材層50のうち、第1の合材層24の密度は、例えば、1.0g/cm3~1.8g/cm3である。また、合材層50のうち、第2の合材層42の密度は、例えば、0.8g/cm3~1.2g/cm3である。第2の合剤層42の密度は、第1の合材層24の密度より低密度であることが好ましい。
The thickness of the
次に、図1を参照して本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法について説明する。図1は、実施の形態1にかかる二次電池用電極の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法は、正極板及び負極板の双方の電極板100に適用可能である。
Next, a method for manufacturing a secondary battery electrode according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a secondary battery electrode according to Embodiment 1. FIG. The manufacturing method of the secondary battery electrode according to the present embodiment can be applied to both the positive electrode plate and the
図1に示すように、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法は、ステップS1~S4の工程を有する。ステップS1では、少なくとも活物質と溶媒とを混合して得られた粘土状の造粒体をロール対の間を通して圧延し、圧延された造粒体を集電箔11の表面に転写して集電箔11の表面上に造粒体膜21を成膜する。ステップS2では、造粒体膜21の表面から厚み方向に延びる孔部22を造粒体膜21に凹設して孔部形成膜23を形成する。ステップS3では、少なくとも活物質と溶媒とを混合して得られた液状のスラリーを孔部形成膜23の表面上に塗工してスラリー膜41を形成する。ステップS4では、孔部形成膜23とスラリー膜41とを乾燥させて合材層50を形成する。
As shown in FIG. 1, the method for manufacturing a secondary battery electrode according to this embodiment includes steps S1 to S4. In step S1, clay-like granules obtained by mixing at least an active material and a solvent are passed between a pair of rolls and rolled, and the rolled granules are transferred to the surface of
上記の各工程について、図2~図5を参照しつつ詳細に説明する。図2は、図1に示すフローチャートのステップS1を示す部分断面図である。図3は、図1に示すフローチャートのステップS2を示す部分断面図である。図4は、図1に示すフローチャートのステップS3を示す部分断面図である。図5は、図1に示すフローチャートのステップS4を示す部分断面図である。なお、図2~図5には、集電箔11の表面に垂直な方向に沿って切った断面の一部を示している。
Each of the above steps will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5. FIG. FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing step S1 in the flow chart shown in FIG. FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing step S2 of the flow chart shown in FIG. FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing step S3 of the flow chart shown in FIG. FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing step S4 in the flow chart shown in FIG. 2 to 5 show part of a cross section taken along a direction perpendicular to the surface of the
図1に示すように、ステップS1では、集電箔11の表面上に造粒体膜21を形成する。本実施形態では、湿潤状態の造粒体をロール対の間に通して圧延し、圧延された造粒体を基材(ここでは集電箔11)の表面に転写して成膜する塗工方法を用いて造粒体膜21を形成する。造粒体は、合材層50(第1の合材層24)を形成するための電極材料及び溶媒を含み、固形分率及び粘度が比較的高い粘土状の形態である。
As shown in FIG. 1, in step S1, a
造粒体膜21の材料となる造粒体は、活物質、及び必要に応じて導電材、結着剤、増粘剤等の他の固形成分を含む粉体に、少量の溶媒を加えて湿潤状態とし、これを造粒することにより調製する。造粒体の調製には、例えば、プラネタリミキサ等の撹拌造粒装置を用いることができる。このようにして得られた造粒体は、溶媒が導電材と活物質との粒子間に湿潤し、各粒子間が互いに結着結合した球状の二次粒子である。
The granules, which are the material of the
造粒体の塗工には、塗工装置として、例えば、3本のロールを有するロールコータを用いることができる。3本のロールは、第1ロール、第2ロール、及び第3ロールである。水平方向に隣り合う一対の第1ロールと第2ロールとの間には、所定のギャップが形成される。第1ロールの外周面と第2ロールの外周面は互いに対向している。第1ロールと第2ロールとは、逆方向に回転する。第2ロールの隣には、集電箔11を搬送する第3ロールが配置されている。第2ロールの外周面と第3ロールの外周面は互いに対向している。第2ロールと第3ロールとは、逆方向に回転する。なお、第3ロールの配置は、集電箔11の表面へ成形体の転写が可能な位置であればよい。
For example, a roll coater having three rolls can be used as a coating device for coating the granules. The three rolls are a first roll, a second roll, and a third roll. A predetermined gap is formed between a pair of horizontally adjacent first and second rolls. The outer peripheral surface of the first roll and the outer peripheral surface of the second roll face each other. The first roll and the second roll rotate in opposite directions. A third roll that conveys the
また、第1ロール及び第2ロールの幅方向の両端部には、隔壁が設けられる。隔壁は、造粒体の粉体を第1ロール及び第2ロール上に保持するとともに、隔壁間の距離によって、集電箔11の表面上に形成される造粒体膜21の幅を規定する機能を有する。
In addition, partition walls are provided at both ends in the width direction of the first roll and the second roll. The partition walls hold the powder of the granules on the first roll and the second roll, and the width of the
造粒体を集電箔11の表面上に塗工するにあたっては、まず、第1ロールと第2ロールとの間に造粒体を供給する。この状態で、第1ロール、第2ロール、及び第3ロールを互いに反対方向に回転させると、造粒体がギャップに送られて第1ロールと第2ロールとの間で圧縮され、シート状に成形される。すなわち、造粒体が第1ロール及び第2ロールによって圧延されることにより、シート状の成形体(圧延された造粒体)が形成される。
In coating the granules on the surface of the
この時、第2ロールの周速を第1ロールの周速より大きく、第3ロールの周速を第2ロールの周速より大きくすると、成形体が第2ロールの表面に付着したまま、第3ロールまで搬送される。第3ロールまで搬送された成形体は、第2ロールと第3ロールとの間で圧縮されながら、集電箔11の表面に連続的に転写される。これにより、集電箔11の表面上に造粒体膜21が成膜された第1の積層体L1を形成することができる。なお、成形体の厚みは、スケやひび割れが発生しないように適切な厚みに調整することが好ましい。
At this time, if the peripheral speed of the second roll is higher than the peripheral speed of the first roll, and the peripheral speed of the third roll is higher than that of the second roll, the compact will remain attached to the surface of the second roll, Conveyed up to 3 rolls. The compact transported to the third roll is continuously transferred to the surface of the
ここで、第1の合材層24の密度は、成形体の厚みであって造粒体の圧縮の程度によって調整することもできる。造粒体の圧縮の程度は、第1ロールと第2ロールとの間のギャップによって調整されるものである。ギャップを小さくするほど、成形体の厚みは薄くなり、高密度な第1の合材層24を形成することができる。その一方で、合材層50全体の密度が高すぎると、合材層50内の空隙が減少し、合材層50に電解液を浸透及び保持させることが困難になる。合材層50内の電解液の保持量が少なくなると、容量維持率が低下する場合があるため好ましくない。造粒体は、例えば、目付量が集電箔11の片面あたり5.0mg/cm2~20.0mg/cm2となるように塗工量を調整することが好ましい。
Here, the density of the first
造粒体は、例えば、平均粒径(D50)が100μm~4mmであり、好ましくは200μm~1mmである。造粒体の平均粒径(D50)は、造粒時の条件によって調整可能である。なお、造粒体の平均粒径(D50)は、例えば、レーザー回折散乱法による粒度分布測定の結果から求めることができる。また、造粒体の全体から溶媒を除いた造粒体の固形分率は、成膜性の観点から、例えば、60質量%~95質量%であり、好ましくは70質量%~80質量%である。造粒体の固形分率は、活物質、他の固形成分、及び溶媒の配合量により調整することができる。 The granules have, for example, an average particle size (D50) of 100 μm to 4 mm, preferably 200 μm to 1 mm. The average particle size (D50) of the granules can be adjusted according to the conditions during granulation. The average particle size (D50) of the granules can be obtained from the results of particle size distribution measurement by a laser diffraction scattering method, for example. Further, the solid content of the granules obtained by removing the solvent from the entire granules is, from the viewpoint of film-forming properties, for example, 60% by mass to 95% by mass, preferably 70% by mass to 80% by mass. be. The solid content of the granules can be adjusted by adjusting the blending amounts of the active material, other solid components, and solvent.
溶媒は、結着剤を均一に溶解又は分散することができれば、非水系溶媒及び水系溶媒を特に制限なく用いることができる。溶媒は、用いる結着剤に応じて適宜選択されるものである。溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、メチルエチルケトン(MEK)、ジメチルホルムアミド(DMF)、トルエン等の非水系溶媒、非水系溶媒を組み合わせた混合溶媒、水、水を主体とする混合溶媒等の水系溶媒を用いることができる。 Non-aqueous solvents and aqueous solvents can be used without particular limitation as long as they can uniformly dissolve or disperse the binder. A solvent is appropriately selected according to the binder to be used. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), methyl ethyl ketone (MEK), dimethylformamide (DMF), non-aqueous solvents such as toluene, mixed solvents combining non-aqueous solvents, water, and mainly water. Aqueous solvents such as mixed solvents can be used.
造粒体の全体に対する溶媒の割合は、造粒体の固形分率が上記の範囲となるように添加する溶媒の量を調整する。溶媒の割合が少なすぎる場合や、多すぎる場合には、成膜性が低下する。溶媒の割合が多すぎると、造粒体膜21を乾燥する際の乾燥時間が長くなるため、生産性が低下する。
The ratio of the solvent to the whole granules is adjusted so that the solid content of the granules falls within the above range. If the proportion of the solvent is too low or too high, the film formability will deteriorate. If the proportion of the solvent is too high, the drying time for drying the
続いて、図3に示すように、ステップS2では、ステップS1で形成された造粒体膜21に孔部22を凹設する。孔部22の凹設には、例えば、矩形状の基部31と、基部31の表面から突出する多数の凸部32と、を有する金型30を用いることができる。金型30は、凸部32が設けられる側の面において、凸部32以外の部分は平坦に形成される。凸部32の形状は、所望の微細孔51の形状に応じて適宜設計されるものであり、例えば、先端に向かって先細る円錐形状を有する。
Subsequently, as shown in FIG. 3, in step S2, holes 22 are recessed in the
金型30は、凸部32の先端が第1の積層体L1の表面(造粒体膜21の表面)に対向するように配置される。そして、第1の積層体L1に向かって金型30を下降させて凸部32を造粒体膜21に挿入する。この際、金型30を用いて造粒体膜21の表面をプレスすることが好ましい。造粒体は、高固形分率の粘土状であるため、造粒体膜21に金型30の凸部32を挿入すると、造粒体膜21に変形が与えられる。そして、造粒体膜21から金型30の凸部32が抜去された後も、与えられた変形を維持することができる。そのため、造粒体膜21を所望の形状に成形することができる。
The
このように、造粒体(造粒体膜21)は、例えば、固形分率が上記した値であることにより、液状のスラリーと比べて形状保持性が良好である。また、金型30によるプレスに伴って、造粒体膜21の厚みを調整することにより、第1の合材層24を圧密化することができる。
Thus, the granules (the granule film 21) have, for example, the above-described value of the solid content, so that the shape retention is better than that of the liquid slurry. Further, by adjusting the thickness of the
第1の積層体L1が所望の厚みとなるまでプレスを行った後は、金型30を上昇させて造粒体膜21から凸部32を抜去する。このようにして、集電箔11と、孔部形成膜23と、を有する第2の積層体L2を形成することができる。孔部形成膜23には、表面から厚み方向に延びる孔部22が設けられている。
After pressing is performed until the first laminate L<b>1 has a desired thickness, the
湿潤状態の造粒体は、ある程度の柔軟性を有している。そのため、湿潤状態の造粒体膜21に対するプレスは、例えば、造粒体膜21を乾燥させた後にプレスを施す場合と比べると、電極材料に作用する応力が低減されて、電極材料が損傷を受けにくい。
Granules in a wet state have a certain degree of flexibility. Therefore, when the
よって、湿潤状態の造粒体で構成される造粒体膜21に対して、孔部22の加工及び圧密化を目的としたプレスを行うことで、活物質の損傷を抑制することができる。造粒体膜21に孔部22を凹設する他の方法としては、レーザー加工を用いることもできるが、孔部22の加工及びプレスを同時に行えることからは、金型30を用いる方法がより好ましい。
Therefore, by pressing the
続いて、図4に示すように、ステップS3では、スラリー法を用いてスラリー膜41を形成する。スラリー法は、例えば、ダイコータのダイヘッドからスラリーを吐出して基材(ここでは第2の積層体L2)の表面上にスラリーを塗工する塗工方法である。スラリーは、合材層50(第2の合材層42)を形成するための電極材料及び溶媒を含み、固形分率及び粘度が比較的低い液状の合材層形成用組成物である。
Subsequently, as shown in FIG. 4, in step S3, a
スラリー膜41の材料となるスラリーは、活物質、及び必要に応じて導電材、結着剤、増粘剤等の他の固形成分を含む粉体に溶媒を添加し、これを混練することにより調製する。スラリーは、ステップS1で造粒した造粒体に対して、溶媒を追加することにより調製しても良い。スラリーの調製には、例えば、プラネタリミキサ等の混練機を用いることができる。
The slurry, which is the material of the
スラリーの塗工には、上記したダイコータの他に、スリットコータ、コンマコータ、グラビアコータ、ブレードコータ等を用いることができるが、精度良く均一な塗膜を形成できることから、ダイコータが好適に用いられる。 In addition to the die coater described above, a slit coater, comma coater, gravure coater, blade coater, or the like can be used for coating the slurry. A die coater is preferably used because it can form a uniform coating film with high accuracy.
ダイコータは、主に、所定のギャップを介して対向する基材(ここでは第2の積層体L2)に向けてスラリーを吐出し、基材の表面にスラリーを塗着するダイヘッドを有する。基材としての第2の積層体L2は、搬送ローラに取り付けられ、当該搬送ローラの回転により搬送される。第2の積層体L2及びダイヘッドは、第2の積層体L2の孔部形成膜23がダイヘッドの吐出口と対向するように配置される。
The die coater mainly has a die head that discharges slurry toward the opposing base material (here, the second laminate L2) through a predetermined gap and coats the surface of the base material with the slurry. The second laminate L2 as a base material is attached to a conveying roller and conveyed by the rotation of the conveying roller. The second laminate L2 and the die head are arranged such that the
スラリーを第2の積層体L2の表面上(孔部形成膜23の表面上)に塗工するにあたっては、搬送ローラにより搬送される第2の積層体L2に対して、ダイヘッドの吐出口からスラリーを吐出することにより、孔部形成膜23の表面上にスラリー膜41が塗膜される。スラリーは、例えば、目付量が集電箔の11の片面あたり2.0mg/cm2~5.0mg/cm2となるように塗工量を調整することが好ましい。
When applying the slurry onto the surface of the second laminate L2 (on the surface of the hole forming film 23), the slurry is applied from the ejection port of the die head to the second laminate L2 conveyed by the conveying roller. A
液状のスラリーは、流動性を有するため、孔部22の内側にも入り込むことができる。したがって、スラリー膜41は、孔部形成膜23の表面形状に倣って形成される。このようにして、集電箔11と、孔部形成膜23と、スラリー膜41と、を有する第3の積層体L3を形成することができる。
Since the liquid slurry has fluidity, it can also enter inside the
上記スラリーの固形分率は、乾燥効率の観点からは、例えば、40質量%以上が好ましく、50質量%以上とすることがより好ましい。スラリーの固形分率を高めることで、スラリー膜41を乾燥する際の乾燥時間が短縮される。生産性の観点から、スラリーの固形分率は、70質量%以下が好ましく、60質量%以下であることがより好ましい。
From the viewpoint of drying efficiency, the solid content of the slurry is preferably, for example, 40% by mass or more, and more preferably 50% by mass or more. By increasing the solid content of the slurry, the drying time for drying the
また、スラリーは、塗工性が損なわれない範囲内で、できるだけ高粘度とすることが好ましい。このような構成により、孔部形成膜23の表面にスラリー膜41が均一に保持され、合材層50と電解液との間の電池化学反応に寄与する反応界面が形成されやすくなる。
Moreover, it is preferable that the viscosity of the slurry is as high as possible within a range that does not impair the coatability. With such a configuration, the
スラリーの粘度は、例えば、3000mPa・s以上が好ましく、5000mPa・s以上であることがより好ましい。一方で、粘度が高すぎると、塗工性が損なわれて、スラリー膜41にスジや厚みのムラが生じ得るため好ましくない。そのため、スラリーの粘度は、例えば、20000mPa・s以下が好ましく、17000mPa・s以下であることがより好ましい。スラリーの固形分率及び粘度は、活物質、他の固形成分、及び溶媒の配合量により調整することができる。スラリーの全体に対する溶媒の割合は、スラリーの固形分率又は粘度が上記の範囲となるように適宜調整する。
The viscosity of the slurry is, for example, preferably 3000 mPa·s or more, more preferably 5000 mPa·s or more. On the other hand, if the viscosity is too high, the coatability is impaired, and streaks and thickness unevenness may occur in the
続いて、図5に示すように、ステップS4では、ステップS3において形成された第3の積層体L3を乾燥する。第3の積層体L3の乾燥には、熱風を発生する乾燥炉を用いることができる。なお、乾燥方法は、これに限らない。 Subsequently, as shown in FIG. 5, in step S4, the third laminate L3 formed in step S3 is dried. A drying furnace that generates hot air can be used for drying the third laminate L3. In addition, the drying method is not limited to this.
第3の積層体L3を乾燥炉内に配置して熱風乾燥を行い、孔部形成膜23及びスラリー膜41に含まれる溶媒を除去することにより、これらを乾燥させる。孔部形成膜23は、乾燥されて合材層50の第1の合材層24をなし、スラリー膜41は、乾燥されて合材層50の第2の合材層42をなす。このようにして、多数の微細孔51が設けられた合材層50が形成される。
The third laminate L3 is placed in a drying oven and dried with hot air to remove the solvent contained in the
以上の製造方法により、合材層50が集電箔11の表面上に保持された構成を有する電極板100を製造することができる。さらに、乾燥後に、平板プレス機等を用いてプレスを施して、電極板100全体の厚みを調整しても良い。
By the manufacturing method described above, the
以下、図6を参照して、実施例及び比較例について説明する。なお、実施例は、本発明を限定するものではない。図6は、電極の製造条件及び特性評価結果を示す表である。図6に示す製造条件に基づいて実施例1~3及び比較例1~6の負極板を製造した。そして、製造された各負極板を用いてそれぞれ評価用リチウムイオン二次電池(評価用電池)を構築し、電池特性の評価(コスト、リチウム析出耐性)を行った。 Examples and comparative examples will be described below with reference to FIG. In addition, an Example does not limit this invention. FIG. 6 is a table showing electrode manufacturing conditions and characteristic evaluation results. Negative plates of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6 were manufactured under the manufacturing conditions shown in FIG. Then, evaluation lithium ion secondary batteries (evaluation batteries) were constructed using each of the manufactured negative electrode plates, and battery characteristics (cost, lithium deposition resistance) were evaluated.
なお、以下の説明では、各例の製造条件で得られる合材層のうち、集電箔の表面上に配置されるものを1層目と称し、1層目の表面上に配置されるものを2層目と称して説明する。また、1層目の乾燥を行う操作を中間乾燥と称し、金型を用いたプレスを施す操作を中間プレスと称し、平板プレス機を用いたプレスを施す操作を最終プレスと称して説明する。 In the following description, among the composite material layers obtained under the manufacturing conditions of each example, the one arranged on the surface of the current collector foil is referred to as the first layer, and the one arranged on the surface of the first layer will be referred to as the second layer. The operation of drying the first layer will be referred to as intermediate drying, the operation of pressing using a mold will be referred to as intermediate pressing, and the operation of pressing using a plate press will be referred to as final pressing.
[負極]
負極活物質には、天然黒鉛(C、平均粒径8μm)を用いた。増粘剤には、CMCを用いた。結着剤としてSBRを用いた。溶媒としてイオン交換水を用いた。集電箔には、銅箔(厚み10μm)を用いた。
[Negative electrode]
Natural graphite (C, average particle size 8 μm) was used as the negative electrode active material. CMC was used as a thickener. SBR was used as a binder. Ion-exchanged water was used as the solvent. A copper foil (thickness: 10 μm) was used as the current collector foil.
全固形分における負極活物質、増粘剤、及び結着剤の質量比が、C:CMC:SBR=98:1:1となるようにそれぞれ秤量し、これらの電極材料に所要量の溶媒を加えて混合し、造粒体及び/又はスラリーを調製した。調製した造粒体及び/又はスラリーを用いて製造された負極板全体の厚みは、およそ150μmであった。なお、以下に説明する実施例及び比較例で使用される造粒体及びスラリーは、負極活物質、増粘剤、及び結着剤が所定の割合で混合されているため、固形分率及び粘度は、ともに溶媒の含有量によって調整されるものである。 The mass ratio of the negative electrode active material, the thickener, and the binder in the total solid content was weighed so that C:CMC:SBR=98:1:1, and a required amount of solvent was added to these electrode materials. They were added and mixed to prepare granules and/or slurry. The thickness of the entire negative electrode plate manufactured using the prepared granules and/or slurry was approximately 150 μm. The granules and slurries used in the examples and comparative examples described below contain a mixture of a negative electrode active material, a thickener, and a binder in a predetermined ratio. are both adjusted by the solvent content.
(実施例1)
図1に示すフローにしたがって実施例1にかかる負極板100(電極板100)を製造した。ステップS1では、負極活物質と、増粘剤と、結着剤と、溶媒と、を撹拌造粒装置に投入して、混合及び造粒することにより、固形分率が80質量%の造粒体を調製した。次いで、塗工装置として3本のロールを供えたロールコータを用いて、圧延した造粒体を集電箔11の表面に転写することにより、集電箔11の表面上に1層目の造粒体膜21を成膜し、第1の積層体L1を得た。そして、第1の積層体L1をおよそ30cm四方に切り出した。なお、造粒体は、目付量が集電箔11の片面で15mg/cm2、両面で30mg/cm2となるように塗工量を調整した。
(Example 1)
A negative electrode plate 100 (electrode plate 100) according to Example 1 was manufactured according to the flow shown in FIG. In step S1, a negative electrode active material, a thickener, a binder, and a solvent are put into a stirring granulator and mixed and granulated to obtain granules having a solid content of 80% by mass. body was prepared. Next, using a roll coater having three rolls as a coating device, the rolled granules were transferred to the surface of the
続いて、ステップS2では、切り出した第1の積層体L1の造粒体膜21に対して、金型30を用いて円錐形状の孔部22を凹設した。この際、金型30を用いて造粒体膜21の表面をプレスすることにより造粒体膜21の厚みを調整する中間プレスを行った。これにより、集電箔11の表面上に1層目の孔部形成膜23が形成された第2の積層体L2を得た。第2の積層体L2においては、その長手方向及び幅方向に沿って複数の孔部22を格子状に並べて設けた。孔部22の深さは、50μmであり、表面における孔部22の開口の直径は25μmであった。また、同方向に隣接する孔部22同士の中心の間隔は、100μmであった。
Subsequently, in step S2, a
続いて、ステップS3では、負極活物質と、増粘剤と、結着剤と、所要量の溶媒と、を混錬機に投入し、これらを混錬することにより、粘度が15000mPa・sのスラリーを得た。ダイコータを用いて、スラリーを孔部形成膜23の表面に塗工した。これにより、孔部形成膜23の表面上に2層目のスラリー膜41を形成し、第3の積層体L3を得た。なお、スラリーは、目付量が集電箔11の片面で2mg/cm2、両面で4mg/cm2となるように塗工量を調整した。
Subsequently, in step S3, a negative electrode active material, a thickener, a binder, and a required amount of solvent are put into a kneader and kneaded to obtain a viscosity of 15000 mPa s. A slurry was obtained. The slurry was applied to the surface of the
続いて、ステップS4では、第3の積層体L3を乾燥炉内に配置して熱風乾燥(90℃、5分間)することにより最終乾燥を行って負極合材層50を得た。これにより、集電箔11の両面に負極合材層50が保持された負極板100を製造した。
Subsequently, in step S4, the third laminate L3 was placed in a drying oven and dried with hot air (90° C., 5 minutes) for final drying to obtain the negative
実施例1の製造条件により製造される負極板100は、造粒体を用いて形成された1層目と、スラリーを用いて形成された2層目と、を有する負極合材層50を備えており、この負極合材層50には微細孔51が設けられている。また、孔部22の加工及びプレスは、塗工された合材層形成用組成物(造粒体)の乾燥前であって、湿潤状態で行われている。
The
(実施例2)
ステップS2において、中間プレスを省略した。また、ステップS4において、最終プレスを実施した。実施例2では、これらを除いて実施例1と同様に負極板100を製造した。
(Example 2)
In step S2, the intermediate press was omitted. Further, in step S4, final pressing was performed. In Example 2, the
実施例2の製造条件により製造される負極板100は、造粒体を用いて形成された1層目と、スラリーを用いて形成された2層目と、を有する負極合材層50を備えており、この負極合材層50には微細孔51が設けられている。また、孔部22の加工は、塗工された合材層形成用組成物(造粒体)の乾燥前であって、湿潤状態で行われている。一方、プレスは、塗工された合材層形成用組成物(造粒体及びスラリー)の乾燥後に行われている。
The
(実施例3)
ステップS2において、中間プレスを省略した。また、ステップS3において、粘度が5000mPa・sのスラリーを用いて2層目のスラリー膜41を形成した。さらに、ステップS4において、最終プレスを実施した。実施例3では、これらを除いて実施例1と同様に負極板100を製造した。
(Example 3)
In step S2, the intermediate press was omitted. Further, in step S3, a slurry having a viscosity of 5000 mPa·s was used to form the
実施例3の製造条件により製造される負極板100は、造粒体を用いて形成された1層目と、スラリーを用いて形成された2層目と、を有する負極合材層50を備えており、この負極合材層50には微細孔51が設けられている。また、孔部22の加工は、塗工された合材層形成用組成物(造粒体)の乾燥前であって、湿潤状態で行われている。一方、プレスは、塗工された合材層形成用組成物(造粒体及びスラリー)の乾燥後に行われている。そして、2層目は、低粘度のスラリーを用いて形成されている。
The
(比較例1)
負極活物質と、増粘剤と、結着剤と、溶媒と、を混錬機に投入し、これらを混錬することにより、粘度が3000mPa・sのスラリーを得た。次いで、ダイコータを用いて、スラリーを集電箔の表面に塗工することにより、集電箔の表面上に塗膜を形成した。これを乾燥炉内に配置して熱風乾燥(80℃、10分間)することにより最終乾燥を行った後、最終プレスを施しておよそ30cm四方に切り出した負極板を製造した。なお、スラリーは、目付量が集電箔の片面で17mg/cm2、両面で34mg/cm2となるように塗工量を調整した。
(Comparative example 1)
A negative electrode active material, a thickener, a binder, and a solvent were put into a kneader and kneaded to obtain a slurry having a viscosity of 3000 mPa·s. Next, a coating film was formed on the surface of the current collector foil by applying the slurry to the surface of the current collector foil using a die coater. This was placed in a drying oven and dried with hot air (80° C., 10 minutes) for final drying. The coating amount of the slurry was adjusted so that the basis weight was 17 mg/cm 2 on one side of the current collector foil and 34 mg/cm 2 on both sides.
比較例1の製造条件により製造される負極板は、スラリーを用いて形成された1層目のみを有する負極合材層を備えており、この負極合材層には微細孔が設けられていない。また、プレスは、塗工された合材層形成用組成物(スラリー)の乾燥後に行われている。 The negative electrode plate manufactured under the manufacturing conditions of Comparative Example 1 includes a negative electrode mixture layer having only the first layer formed using slurry, and the negative electrode mixture layer is not provided with micropores. . Further, the pressing is performed after drying the coated mixture layer-forming composition (slurry).
(比較例2)
比較例1と同様にして、粘度が3000mPa・sのスラリーを得た。次いで、ダイコータを用いて、スラリーを集電箔の表面に塗工することにより、集電箔の表面上に塗膜を形成した。集電箔の表面上の塗膜に向かって金型を下降させ、金型の凸部を塗膜に挿入した後に金型の凸部を抜去した。しかし、塗膜に孔部が形成されていることを確認することはできなかった。なお、スラリーの目付量は、比較例1と同様である。
(Comparative example 2)
A slurry having a viscosity of 3000 mPa·s was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. Next, a coating film was formed on the surface of the current collector foil by applying the slurry to the surface of the current collector foil using a die coater. The mold was lowered toward the coating film on the surface of the current collector foil, and after inserting the projections of the mold into the coating film, the projections of the mold were removed. However, it was not possible to confirm the formation of pores in the coating film. The basis weight of the slurry is the same as in Comparative Example 1.
比較例2に示されるように、液状のスラリーは溶媒を多量に含んで固形分率が低いため、孔部の加工が困難である。例えば、スラリーからなる塗膜に金型の凸部を挿入することにより塗膜が変形したとしても、金型の凸部が抜去された後の塗膜はその変形を維持することができない。そのため、スラリーは、形状保持性が低いと考えられる。したがって、比較例2の製造条件では、負極板を製造することができなかった。 As shown in Comparative Example 2, since the liquid slurry contains a large amount of solvent and has a low solid content, it is difficult to process the holes. For example, even if the coating film is deformed by inserting the projections of the mold into the slurry coating film, the coating film cannot maintain the deformation after the projections of the mold are removed. Therefore, the slurry is considered to have low shape retention. Therefore, under the manufacturing conditions of Comparative Example 2, a negative electrode plate could not be manufactured.
(比較例3)
比較例1と同様にして、粘度が3000mPa・sのスラリーを得た。次いで、ダイコータを用いて、スラリーを集電箔の表面に塗工することにより、集電箔の表面上に1層目の塗膜を形成した。これを乾燥炉内に配置して熱風乾燥(80℃、10分間)することにより中間乾燥を行ってスラリー乾燥体を得た。
(Comparative Example 3)
A slurry having a viscosity of 3000 mPa·s was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. Next, a die coater was used to apply the slurry to the surface of the current collector foil, thereby forming a first coating film on the surface of the current collector foil. This was placed in a drying oven and dried with hot air (80° C., 10 minutes) for intermediate drying to obtain a dried slurry.
およそ30cm四方に切り出したスラリー乾燥体の乾燥状態である塗膜に対して、金型を用いて孔部を凹設した後、中間プレスは省略し、実施例1と同様に2層目のスラリー膜を形成して積層体を得た。そして、積層体に最終プレスを施すことにより負極板を製造した。なお、スラリーの1層目の目付量は、集電箔の片面で15mg/cm2、両面で30mg/cm2となるように塗工量を調整し、2層目の目付量は、実施例1と同様である。 For the coating film in the dry state of the slurry dried body cut out to about 30 cm square, after forming holes using a mold, the intermediate press is omitted, and the slurry for the second layer is the same as in Example 1. A laminate was obtained by forming a film. Then, a negative electrode plate was manufactured by applying a final press to the laminate. The coating weight of the slurry for the first layer was adjusted to 15 mg/cm 2 on one side of the current collector foil and 30 mg/cm 2 on both sides, and the basis weight of the second layer was adjusted to 15 mg/cm 2 on one side of the current collector foil and 30 mg/cm 2 on both sides. Same as 1.
比較例3の製造条件により製造される負極板は、ともにスラリーを用いて形成された1層目及び2層目を有する負極合材層を備えており、この負極合材層には微細孔が設けられている。しかしながら、プレスは、塗工された合材層形成用組成物(スラリー)の乾燥後に行われている。 The negative electrode plate manufactured under the manufacturing conditions of Comparative Example 3 includes a negative electrode mixture layer having first and second layers formed using slurry, and the negative electrode mixture layer has micropores. is provided. However, the pressing is performed after drying the applied mixture layer-forming composition (slurry).
(比較例4)
孔部の加工を省略したことを除いて比較例3と同様に負極板を製造した。比較例4の製造条件により製造される負極板は、ともにスラリーを用いて形成された1層目及び2層目を有する負極合材層を備えており、この負極合材層には微細孔が設けられていない。また、プレスは、塗工された合材層形成用組成物(スラリー)の乾燥後に行われている。
(Comparative Example 4)
A negative electrode plate was manufactured in the same manner as in Comparative Example 3, except that the processing of the holes was omitted. The negative electrode plate manufactured under the manufacturing conditions of Comparative Example 4 includes a negative electrode mixture layer having first and second layers formed using slurry, and the negative electrode mixture layer has micropores. Not provided. Further, the pressing is performed after drying the coated mixture layer-forming composition (slurry).
(比較例5)
図1のフローチャートのステップS2及びS3を省略し、ステップS1及びS4にしたがって、集電箔の表面上に熱風乾燥(80℃、5分間)された造粒体膜を形成した後、最終プレスを施して、およそ30cm四方に切り出した負極板を製造した。なお、造粒体は、目付量が集電箔の片面で17mg/cm2、両面で34mg/cm2となるように塗工量を調整した。
(Comparative Example 5)
Steps S2 and S3 in the flowchart of FIG. 1 are omitted, and after forming a granule film dried with hot air (80° C., 5 minutes) on the surface of the current collector foil according to steps S1 and S4, a final press is performed. Approximately 30 cm square was cut into a negative electrode plate. The coating amount of the granules was adjusted so that the basis weight was 17 mg/cm 2 on one side of the current collector foil and 34 mg/cm 2 on both sides.
比較例5の製造条件により製造される負極板は、造粒体を用いて形成された1層目のみを有する負極合材層を備えており、この負極合材層には微細孔が設けられていない。また、プレスは、塗工された合材層形成用組成物(造粒体)の乾燥後に行われている。 The negative electrode plate manufactured under the manufacturing conditions of Comparative Example 5 includes a negative electrode mixture layer having only the first layer formed using granules, and the negative electrode mixture layer is provided with micropores. not Further, the pressing is performed after drying the applied mixture layer-forming composition (granules).
(比較例6)
図1のフローチャートのステップS1にしたがって、集電箔の表面上に造粒体膜を成膜した後、これを乾燥炉内に配置して熱風乾燥(90℃、5分間)することにより中間乾燥を行って、乾燥体を得た。およそ30cm四方に切り出した乾燥体の乾燥状態である造粒体膜に対して、金型を用いて孔部を凹設した後、粘度15000mPa・sのスラリーを用いて2層目のスラリー膜を形成して積層体を得た。この際、中間プレスを省略した。そして、積層体に最終プレスを施すことにより、負極板を製造した。なお、造粒体及びスラリーの目付量は実施例1と同様であった。
(Comparative Example 6)
After forming the granule film on the surface of the current collector foil according to step S1 in the flow chart of FIG. was performed to obtain a dried product. After forming holes using a mold in the granule film that is in a dry state from the dried body cut into a square of about 30 cm, a slurry having a viscosity of 15000 mPa s is used to form a second slurry film. A laminate was obtained by forming. At this time, the intermediate press was omitted. Then, a negative electrode plate was manufactured by applying a final press to the laminate. The weight per unit area of the granules and the slurry was the same as in Example 1.
比較例6の製造条件により製造される負極板は、造粒体を用いて形成された1層目と、スラリーを用いて形成された2層目と、を有する負極合材層を備えており、この負極合材層には微細孔が設けられている。しかしながら、プレスは、塗工された合材層形成用組成物(造粒体及びスラリー)の乾燥後に行われている。 The negative electrode plate manufactured under the manufacturing conditions of Comparative Example 6 includes a negative electrode mixture layer having a first layer formed using granules and a second layer formed using slurry. , the negative electrode mixture layer is provided with micropores. However, the pressing is performed after drying the applied mixture layer-forming composition (granules and slurry).
[正極]
正極活物質には、NCM粉末(平均粒径5μm)を用いた。導電材には、アセチレンブラック(AB)粉末を用いた。結着剤には、PVdFを用いた。溶媒には、NMPを用いた。集電箔には、アルミニウム箔(厚み15μm)を用いた。なお、正極板の正極合材層には微細孔を設けなかった。
[Positive electrode]
NCM powder (average particle size: 5 μm) was used as the positive electrode active material. Acetylene black (AB) powder was used as the conductive material. PVdF was used as the binder. NMP was used as the solvent. An aluminum foil (thickness: 15 μm) was used as the current collector foil. No micropores were provided in the positive electrode mixture layer of the positive electrode plate.
全固形分における正極活物質、導電材、及び結着剤の質量比が、NCM:AB:PVdF=95:4:1となるようにそれぞれ秤量し、これらの電極材料に溶媒を加えて混練することにより、正極用スラリーを作製した。そして、ダイコータを用いて、集電箔の両面に正極用スラリーを塗工し、これを乾燥炉内に配置して熱風乾燥(120℃、10分間)した後、正極板全体の厚みがおよそ160μmとなるようにプレスした。このようにして、集電箔の両面に正極合材層を備える正極板を作製した。なお、正極用スラリーは、目付量が集電箔の片面で19mg/cm2、両面で38mg/cm2となるように塗工量を調整した。 The weight ratio of the positive electrode active material, the conductive material, and the binder in the total solid content is respectively weighed so that NCM:AB:PVdF=95:4:1, and a solvent is added to these electrode materials and kneaded. Thus, a positive electrode slurry was produced. Then, using a die coater, the positive electrode slurry is applied to both sides of the current collector foil, placed in a drying oven and dried with hot air (120 ° C., 10 minutes), and the thickness of the entire positive electrode plate is about 160 μm. It was pressed so that In this manner, a positive electrode plate having positive electrode mixture layers on both sides of the current collector foil was produced. The coating amount of the positive electrode slurry was adjusted so that the basis weight was 19 mg/cm 2 on one side of the current collector foil and 38 mg/cm 2 on both sides.
[評価]
各負極板のそれぞれと、正極板と、ポリオレフィン製の樹脂シートであるセパレータと、を絶縁状態で積層して電極体を形成した。さらに、電極体及び非水電解液を外装体としての電池ケース内に収容して、各評価用電池を構築した。構築した各評価用電池について、コストの相対評価と、容量維持率の測定結果に基づくリチウム析出耐性(Li析出耐性)の評価を行った。
[evaluation]
Each of the negative electrode plates, the positive electrode plate, and the separator, which is a polyolefin resin sheet, were laminated in an insulated state to form an electrode assembly. Furthermore, each battery for evaluation was constructed by housing the electrode body and the non-aqueous electrolyte in a battery case as an exterior body. For each constructed battery for evaluation, relative evaluation of cost and evaluation of lithium deposition resistance (Li deposition resistance) based on the measurement result of capacity retention rate were performed.
(コスト)
コストの評価は、材料使用量、製造工程数、及び製造時間等にかかるコストの増減に基づいて、総合的に評価した。その結果を、図6の表におけるコストの欄に示した。図6に示すように、コストの欄には、比較例1の製造条件により製造された評価用電池を基準として、比較例1よりも総合的にコストが低減したものを「〇」と示し、比較例1よりも総合的にコストが増加したものを「×」と示した。
(cost)
The evaluation of the cost was comprehensively evaluated based on the amount of material used, the number of manufacturing processes, and the increase or decrease in cost required for manufacturing time. The results are shown in the column of cost in the table of FIG. As shown in FIG. 6, in the column of cost, the battery for evaluation manufactured under the manufacturing conditions of Comparative Example 1 is used as a standard, and the overall cost is lower than that of Comparative Example 1. "X" indicates that the overall cost increased compared to Comparative Example 1.
例えば、コストの低減率を数値化した場合、実施例1、実施例2、実施例3、比較例5、比較例1、比較例4、比較例6、比較例3の順に低減率が高かった。なお、比較例2については、負極板が製造できなかったため、評価を行わなかった。 For example, when the cost reduction rate was quantified, the reduction rate was higher in the order of Example 1, Example 2, Example 3, Comparative Example 5, Comparative Example 1, Comparative Example 4, Comparative Example 6, and Comparative Example 3. . Comparative Example 2 was not evaluated because a negative electrode plate could not be produced.
(リチウム析出耐性)
容量維持率を測定することで、リチウム析出の有無(リチウム析出耐性の良否)を評価することができる。容量維持率は次のようにして測定した。なお、「C」は電流値の単位であり、「1C」とは、電池の定格容量を1時間で放電しきる電流値を意味する。
(lithium deposition resistance)
By measuring the capacity retention rate, the presence or absence of lithium deposition (whether the resistance to lithium deposition is good or bad) can be evaluated. The capacity retention rate was measured as follows. Note that "C" is a unit of current value, and "1C" means a current value at which the rated capacity of the battery can be discharged in one hour.
まず、25℃の温度環境において、1Cの条件下で1サイクルの充放電を行った後、各評価用電池の初期容量を測定した。その後、0℃の温度環境において、5C、6C、7C、8C、9C、10Cの各条件下で、それぞれ50サイクルの繰り返し充放電を順次行った後、各評価用電池の容量を測定した。そして、下記の式を用いて、容量維持率を求めた。 First, in a temperature environment of 25° C., the initial capacity of each battery for evaluation was measured after one cycle of charge and discharge was performed under the condition of 1C. After that, in a temperature environment of 0° C., 50 cycles of repeated charging and discharging were sequentially performed under each condition of 5C, 6C, 7C, 8C, 9C, and 10C, and then the capacity of each battery for evaluation was measured. Then, the capacity retention rate was obtained using the following formula.
容量維持率(%)=(繰り返し充放電を実施後の評価用電池の容量/評価用電池の初期容量)×100 Capacity retention rate (%) = (capacity of battery for evaluation after repeated charging/discharging/initial capacity of battery for evaluation) x 100
そして、比較例1の製造条件により製造された評価用電池を基準として、比較例1の容量維持率を100%とした時の各例の相対的な百分率を算出して、リチウム析出耐性の評価値とした。図6のリチウム析出耐性(%)の欄には、比較例1よりも百分率の数値が大きいものを「〇」と示し、比較例1よりも百分率の数値が小さいものを「×」と示した。 Then, based on the evaluation battery manufactured under the manufacturing conditions of Comparative Example 1, the relative percentage of each example when the capacity retention rate of Comparative Example 1 is 100% is calculated, and the lithium deposition resistance is evaluated. value. In the column of lithium deposition resistance (%) in FIG. .
リチウム析出耐性の評価値の具体的な数値は、以下の通りである。
比較例1:100(%)
比較例2:N/A
比較例3:102(%)
比較例4:102(%)
比較例5:90(%)
比較例6:95(%)
実施例1:112(%)
実施例2:108(%)
実施例3:105(%)
Specific numerical values of evaluation values of resistance to lithium deposition are as follows.
Comparative Example 1: 100 (%)
Comparative Example 2: N/A
Comparative Example 3: 102 (%)
Comparative Example 4: 102 (%)
Comparative Example 5: 90 (%)
Comparative Example 6: 95 (%)
Example 1: 112 (%)
Example 2: 108 (%)
Example 3: 105 (%)
ここに示す評価値は、数値が大きいほど大電流における充放電サイクル後の電池の容量劣化が小さく、リチウム析出耐性に優れていることを表している。 In the evaluation values shown here, the larger the value, the smaller the capacity deterioration of the battery after charge-discharge cycles at a large current, and the better the lithium deposition resistance.
図6の結果から明らかなように、実施例1~3は、コスト及びリチウム析出耐性のいずれも評価が「○」であり、比較例1~6は、コスト及びリチウム析出耐性の少なくとも一方の評価が「×」であった。比較例1~6に比べて、実施例1~3はコスト低減効果が大きく、リチウム析出耐性も良好であった。すなわち、比較例1~6の製造条件により製造された評価用電池に比べて、実施例1~3の製造条件により製造された評価用電池は、電池特性に優れている。このような結果となった理由は、以下であると考えられる。 As is clear from the results of FIG. 6, Examples 1 to 3 were evaluated as “○” for both cost and lithium deposition resistance, and Comparative Examples 1 to 6 were evaluated for at least one of cost and lithium deposition resistance. was "x". Compared with Comparative Examples 1 to 6, Examples 1 to 3 had a large cost reduction effect and good resistance to lithium deposition. That is, compared to the evaluation batteries manufactured under the manufacturing conditions of Comparative Examples 1-6, the evaluation batteries manufactured under the manufacturing conditions of Examples 1-3 are superior in battery characteristics. The reason for such results is considered as follows.
まず、コストの観点から比較検討すると、比較例1~4では負極合材層の主体となる1層目をスラリーにより形成している。これに対し、実施例1~3では、負極合材層50の主体となる1層目を造粒体により形成している。造粒体は、スラリーに比べて、少量の溶媒で作製できるため、材料使用量を低減できる。また、溶媒を除去するための乾燥時間を短縮できる。
First, when compared from the viewpoint of cost, in Comparative Examples 1 to 4, the first layer, which is the main component of the negative electrode mixture layer, is formed of slurry. On the other hand, in Examples 1 to 3, the first layer, which is the main component of the negative
さらに、比較例2、3から明らかなように、孔部の加工が施される1層目がスラリーで構成される場合は、中間乾燥が必要である。すなわち、スラリーは液状であって形状保持性が低いため、乾燥後に孔部の加工を行う必要がある。これに対し、実施例1~3では、孔部22の加工が施される1層目が造粒体で構成されるため、中間乾燥を省略できる。すなわち、造粒体は固形分率の高い粘土状であって形状保持性が良好なため、溶媒を含んだ湿潤状態で孔部22の加工が可能である。なお、比較例6は、1層目を造粒体により形成しているものの、中間乾燥を行っているため、製造工程数が増加することによってコストが上昇する。
Furthermore, as is clear from Comparative Examples 2 and 3, intermediate drying is necessary when the first layer in which the holes are processed is made of slurry. That is, since the slurry is liquid and has low shape retention, it is necessary to process the holes after drying. On the other hand, in Examples 1 to 3, since the first layer in which the
これらの理由により、微細孔が設けられた合材層を形成する場合には、孔部22の加工が行われる1層目の合剤層形成用組成物として、スラリーよりも造粒体を用いた方が、コストを低減できるとともに生産性が向上する。特に、実施例1、2では、実施例3と比べて2層目に用いるスラリーの固形分率(粘度)が高いため、材料使用量がさらに低減されるとともに乾燥時間の短縮効果が高い。よって、1層目に造粒体を用いるとともに、2層目に固形分率(粘度)の高いスラリーを用いることで、より効果的にコストが低減できるとともに生産性が向上する。
For these reasons, when forming a mixture layer provided with fine holes, granules are used rather than slurry as the composition for forming the mixture layer of the first layer in which the
次に、電池性能の観点から比較検討する。比較例1の製造条件により製造された評価用電池は、固形分率(粘度)の低いスラリーのみを用いて負極合材層が形成されるため、実施例1~3、比較例3~6と比べて低密度の負極合材層を有している。低密度の負極合材層においては、電池の使用時に充放電を繰り返すことより負極合材層が膨張、収縮することに伴って、負極合材層から電解液が排出されやすい。電解液の排出が促進されることにより負極合材層の電解液の保持量が低下すると、リチウム析出耐性が悪化して容量維持率は低下する。 Next, a comparative study will be made from the viewpoint of battery performance. In the evaluation batteries manufactured under the manufacturing conditions of Comparative Example 1, the negative electrode mixture layer was formed using only slurry with a low solid content (viscosity). It has a negative electrode mixture layer with a lower density than the conventional one. In the low-density negative electrode mixture layer, the electrolyte solution is easily discharged from the negative electrode mixture layer as the negative electrode mixture layer expands and contracts due to repeated charging and discharging during use of the battery. When the amount of electrolyte retained in the negative electrode mixture layer decreases due to accelerated discharge of the electrolyte, the lithium deposition resistance deteriorates and the capacity retention ratio decreases.
これに対し、比較例3、4は固形分率(粘度)の高いスラリーで形成される2層目が付与されることで、負極合材層の表層に高密度層が存在している。これにより、負極合材層の膨張、収縮に伴って生じる負極合材層からの電解液の排出が抑制されて、容量維持率(リチウム析出耐性)が多少向上したものと考えられる。 On the other hand, in Comparative Examples 3 and 4, a high-density layer exists on the surface layer of the negative electrode mixture layer by providing the second layer formed of a slurry having a high solid content (viscosity). It is believed that this suppresses the discharge of the electrolytic solution from the negative electrode mixture layer caused by the expansion and contraction of the negative electrode mixture layer, thereby slightly improving the capacity retention ratio (lithium deposition resistance).
続いて、スラリーと比べて固形分率の高い造粒体を用いて1層目を形成している実施例1~3、比較例5、6について比較検討する。このうち、比較例5、6では、リチウム析出耐性が不良であった。 Subsequently, Examples 1 to 3 and Comparative Examples 5 and 6 in which the first layer is formed using granules having a higher solid content than the slurry will be compared. Among them, in Comparative Examples 5 and 6, lithium deposition resistance was poor.
比較例5は、1層目の造粒体のみで負極合材層が構成されており、湿潤状態でのプレスに伴って加工部分である負極合材層の表面に潰れが生じた。この場合、負極合材層と電解液との間の界面において電池化学反応に寄与する反応界面が減少し、リチウムイオンの移動が妨げられ得る。移動が妨げられたリチウムイオンは、負極合材層の表面に析出する。そのため、比較例5では、容量維持率が低下したと考えられる。 In Comparative Example 5, the negative electrode mixture layer was composed of only the granules of the first layer, and the surface of the negative electrode mixture layer, which was the processed portion, was crushed due to the pressing in the wet state. In this case, the reaction interface that contributes to the battery chemical reaction is reduced at the interface between the negative electrode mixture layer and the electrolytic solution, which may hinder the movement of lithium ions. Lithium ions whose movement is hindered are deposited on the surface of the negative electrode mixture layer. Therefore, in Comparative Example 5, it is considered that the capacity retention rate decreased.
一方、プレスによる合材層表面の潰れを防止するために、造粒体の固形分率を高くすることが考えられるが、固形分率を必要以上に高くすると、合材層全体の密度が高くなりすぎて、合材層内の電解液の保持量が減少するため、容量維持率が低下する虞がある。 On the other hand, in order to prevent crushing of the mixture layer surface by pressing, it is conceivable to increase the solid content of the granules. If it becomes too large, the amount of electrolyte retained in the composite material layer is reduced, so there is a risk that the capacity retention rate will be reduced.
比較例6は、微細孔を有するため、電解液の利用効率が向上する一方で、1層目の造粒体膜を中間乾燥した後に、孔部の加工及びプレスを行ったため、1層目の加工部分近傍において、加工に伴う応力が生じることにより電極材料が損傷を受けたと考えられる。特に、活物質が損傷すると、活物質の反応面積が増大して電解液の分解反応が生じることにより、電解液の分解物やガスが生成する。そのため、活物質が損傷すると、リチウムイオンの移動が妨げられ、電池が膨張する。比較例6では、活物質の損傷によるリチウム析出耐性の悪化による影響が大きく、容量維持率が低下したと考えられる。 Since Comparative Example 6 has fine pores, the utilization efficiency of the electrolytic solution is improved. It is considered that the electrode material was damaged due to the stress caused by the processing in the vicinity of the processed portion. In particular, when the active material is damaged, the reaction area of the active material increases and the decomposition reaction of the electrolyte occurs, thereby generating decomposed products of the electrolyte and gas. Therefore, if the active material is damaged, the movement of lithium ions is hindered and the battery expands. In Comparative Example 6, it is considered that the deterioration of the resistance to lithium deposition due to the damage to the active material had a large effect, and the capacity retention ratio decreased.
これらに対し、実施例1~3は、孔部22の加工を行う1層目が形状保持性の良好な造粒体で形成されるため、湿潤状態で孔部22の加工を行うことができる。このため、孔部22の加工に伴って生じる活物質の損傷が抑制される。さらに、乾燥状態でプレスされた実施例2、3と比べると、湿潤状態でプレスされた実施例1では、プレスに伴って生じる活物質の損傷が抑制される。そして、実施例1では、孔部22の加工及びプレスが1つの金型30を用いて同時に行われるため、生産性が高い。
On the other hand, in Examples 1 to 3, the
また、実施例1~3は、スラリーで形成される2層目が付与されている。このような構成により、湿潤状態でのプレスによって表面が潰れた1層目が、流動性を有するスラリーでコーティングされる。スラリーで形成される2層目は、負極合材層50の表層に配置されるため、このような構成を有する負極板100では、負極合材層50と電解液との間の反応界面を十分に形成することができる。そして、2層目に用いるスラリーをより高粘度とすることで、造粒体膜21の表面にスラリー膜41が均一に保持され、反応界面が増加する。
Further, in Examples 1 to 3, a second layer formed of slurry was applied. With such a configuration, the first layer, the surface of which is crushed by pressing in a wet state, is coated with a fluid slurry. Since the second layer formed of the slurry is arranged on the surface layer of the negative
さらに、スラリーで形成される2層目に対しては、できるだけ低いプレス圧力でプレスを行うことが好ましく、プレスを行わないことがより好ましい。このような構成によれば、プレスにより生じる負極合材層50と電解液との間の界面のムラと活物質の損傷とがより一層抑制される。例えば、2層目に対するプレスを行わない実施例1では、実施例2、3と比べると、プレスにより生じる界面のムラと活物質の損傷とがより一層抑制され、容量維持率が向上する。
Furthermore, the second layer formed of slurry is preferably pressed at a pressure as low as possible, and more preferably not pressed. According to such a configuration, unevenness at the interface between the negative
そして、実施例1~3の製造条件により製造された負極板100は、負極合材層50に微細孔51が設けられている。そのため、このような負極板100を備えた二次電池においては、電解液が負極合材層50の深いところまで浸透することから、電解液の利用効率が向上する。さらに、このように製造された負極板100においては、例えば、特許文献1のように、微細孔を形成することに伴って生じる電極材料(特に活物質)の損傷が抑制されるため、微細孔51がより有効に機能する。
In the
これらの理由から、実施例1~3の評価用二次電池では、リチウムの析出が抑制され、その結果、容量維持率が向上する。 For these reasons, in the evaluation secondary batteries of Examples 1 to 3, deposition of lithium is suppressed, and as a result, the capacity retention rate is improved.
以上説明したように、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法によれば、生産性を確保しつつ容量維持率の高い二次電池用電極を製造することができる。 As described above, according to the method for manufacturing a secondary battery electrode according to the present embodiment, it is possible to manufacture a secondary battery electrode having a high capacity retention rate while ensuring productivity.
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態で説明した各部材の形状、サイズ、材質(材料)など、或いは製造方法は、例示したものに限らず、二次電池用電極としての機能が果たせるもの、或いは二次電池用電極が製造できる方法であればよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the scope of the invention. For example, the shape, size, material (material), etc. of each member described in the above embodiment, or the manufacturing method are not limited to those exemplified. Any method can be used as long as the electrode can be manufactured.
11 集電箔
21 造粒体膜
22 孔部
23 孔部形成膜
24 第1の合材層
30 金型
31 基部
32 凸部
41 スラリー膜
42 第2の合材層
50 合材層
51 微細孔
100 電極板
L1 第1の積層体
L2 第2の積層体
L3 第3の積層体
11
Claims (3)
前記造粒体膜の表面から厚み方向に延びる孔部を前記造粒体膜に凹設して孔部形成膜を形成するステップと、
少なくとも活物質と溶媒とを混合して得られた液状のスラリーを前記孔部形成膜の表面上に塗工してスラリー膜を形成するステップと、
前記孔部形成膜と前記スラリー膜とを乾燥させて合材層を形成するステップと、
を有する二次電池用電極の製造方法。 A clay-like granule obtained by mixing at least an active material and a solvent is passed between a pair of rolls and rolled, and the rolled granule is transferred to the surface of a current collector foil to form a surface of the current collector foil. depositing a granule film thereon;
forming a hole-forming film by recessing a hole extending in the thickness direction from the surface of the granule film in the granule film;
applying a liquid slurry obtained by mixing at least an active material and a solvent onto the surface of the hole forming film to form a slurry film;
a step of drying the hole forming film and the slurry film to form a mixture layer;
A method for manufacturing a secondary battery electrode having
前記造粒体膜の表面のプレスに伴って、前記造粒体膜の厚みが調整される、
請求項1に記載の二次電池用電極の製造方法。 The hole is formed in the granule film by pressing the surface of the granule film with a mold provided with a convex portion corresponding to the shape of the hole,
The thickness of the granule film is adjusted as the surface of the granule film is pressed.
A manufacturing method of the secondary battery electrode according to claim 1 .
請求項1又は2に記載の二次電池用電極の製造方法。 The viscosity of the slurry is 15000 mPa s or more,
3. A method for manufacturing the secondary battery electrode according to claim 1 or 2.
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JP2015138619A (en) * | 2014-01-21 | 2015-07-30 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Method for manufacturing negative electrode of nonaqueous electrolyte secondary battery, and device for manufacturing negative electrode of nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2016081871A (en) * | 2014-10-22 | 2016-05-16 | トヨタ自動車株式会社 | Method and device for manufacturing electrode |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014211945A (en) * | 2011-08-30 | 2014-11-13 | パナソニック株式会社 | Electrode plate for nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery using the same |
JP2015138619A (en) * | 2014-01-21 | 2015-07-30 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Method for manufacturing negative electrode of nonaqueous electrolyte secondary battery, and device for manufacturing negative electrode of nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2016081871A (en) * | 2014-10-22 | 2016-05-16 | トヨタ自動車株式会社 | Method and device for manufacturing electrode |
JP2018137087A (en) * | 2017-02-21 | 2018-08-30 | トヨタ自動車株式会社 | Method for manufacturing electrode |
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