JP2023026032A - Electrode sheet and manufacturing method thereof - Google Patents

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悠生 水田
Hisao Mizuta
哲也 赤松
Tetsuya Akamatsu
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Abstract

To provide an electrode which reduces a binder amount required for fixing cathode active material particles, hardly swells with an electrolyte, maintains a space sufficient for Li ion movements and is not deformed even at high temperatures, and a manufacturing method thereof.SOLUTION: The present invention relates to an electrode sheet including: aramid nanofibers of which the average fiber diameter is equal to or less than 100 nm; aramid pulp having a fibril structure; an electrode active material; a conductive assistant agent; and a soluble binder which is soluble in a non-aqueous polar solvent or an electrolytic solution. The electrode active material is held by the aramid nanofibers and the aramid pulp. The content of the aramid nanofibers is 0.05 to 0.9 wt.% with the electrode sheet defined as a reference, the aramid pulp is 0.05 to 0.9 wt.% with the electrode sheet defined as a reference, and the content of the soluble binder is 0.1 to 1.0 wt.% with the electrode sheet defined as a reference.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は電極シート及びその製造方法に関し、特に非水系Liイオン2次電池用正極に適した電極シート及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrode sheet and its manufacturing method, and more particularly to an electrode sheet suitable for a positive electrode for a non-aqueous Li-ion secondary battery and its manufacturing method.

高いエネルギー密度と容量をもつLiイオン2次電池は、小型携帯端末、パーソナルコンピューター、電気自動車などに用途を拡大している。
Liイオン2次電池の正極は、高い電圧と容量を有するLi金属酸化物などの電極活物質のシートをアルミ箔などの導電性シートに張り合わせて作成される。
Li-ion secondary batteries, which have high energy density and capacity, are expanding their applications to small portable terminals, personal computers, electric vehicles, and the like.
A positive electrode of a Li-ion secondary battery is produced by laminating a sheet of electrode active material such as Li metal oxide having high voltage and capacity to a conductive sheet such as aluminum foil.

近年、高容量の正極活物質が開発されているが、これらは水分の混入により性能低下を引き起こすことから、粉体シートを形成するためのスラリーを形成する溶媒には非水系極性溶剤(Nメチル2ピロリドンなど)もしくは電解質溶液(電解液)が使用される。
これらの溶媒に溶解または膨潤性を有する溶解性バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)が広く用いられている。
In recent years, high-capacity positive electrode active materials have been developed, but since these cause deterioration in performance due to contamination with water, the solvent for forming the slurry for forming the powder sheet is a non-aqueous polar solvent (N-methyl 2 pyrrolidone, etc.) or an electrolyte solution (electrolyte) is used.
Polyvinylidene fluoride (PVdF) is widely used as a soluble binder that dissolves or swells in these solvents.

PVdFは通常、Nメチル2ピロリドン(NMP)などの非極性溶剤に溶解し、電極活物質に対して2~3重量%と導電助剤であるカーボンブラック(CB)やカーボンナノチューブ(CNT)炭素材料を適宜混合し集電電極箔にコーティングしシート化する。 PVdF is usually dissolved in a non-polar solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and is 2 to 3% by weight with respect to the electrode active material, which is a conductive additive carbon black (CB) or carbon nanotube (CNT) carbon material. are appropriately mixed and coated on the collector electrode foil to form a sheet.

PVdFは結晶化しにくいポリマーであるため、熱変形温度(約90℃)、溶融温度(約140~170℃)であり、LiB高速充放電による発熱時におけるLiイオンの移動により生じる電極の収縮と膨張による変形が生じ、結果LiBの導電ネットワークの破壊を招き容量低下要因となる可能性がある。また、短絡などの異常発熱では200℃以上となり、電極の形態を維持することが困難となる。 Since PVdF is a polymer that is difficult to crystallize, it has a thermal deformation temperature (approximately 90°C) and a melting temperature (approximately 140-170°C). As a result, there is a possibility that the conductive network of LiB will be destroyed and cause a decrease in capacity. In addition, the temperature rises to 200° C. or higher due to abnormal heat generation such as a short circuit, making it difficult to maintain the shape of the electrode.

正極活物質の形状は種々あるが同一直径の球体であると仮定すると、最密充填での空隙率は約27%であるが、実際には粒度分布を有することからその空隙率は20~25%と推定される。 Although there are various shapes of positive electrode active materials, assuming that they are spheres with the same diameter, the porosity in the closest packing is about 27%, but in reality the porosity is 20 to 25 due to the particle size distribution. %It is estimated to be.

また、通常正極活物質及びPVdFの比重はそれぞれ4~5g/cc,1.75g/ccであることより、仮に2重量%のPVdFを用いた場合、空間占有率は膨潤ないと仮定しても約6%に相当し、これは空隙の1/3~1/4を占める。
さらに電解液で膨潤した場合には大きな空間を使用する。
In addition, since the specific gravities of the positive electrode active material and PVdF are usually 4 to 5 g/cc and 1.75 g/cc, respectively, if 2% by weight of PVdF is used, even if it is assumed that the space occupation ratio does not swell, This corresponds to approximately 6%, which occupies 1/3 to 1/4 of the void space.
Furthermore, a large space is used when it swells with electrolyte.

空隙を充填する電解液中をLiイオンが移動することにより充放電がなされるためバインダーによるLiイオンの移動を阻害することは、拡散抵抗の増大を招き好ましくない。
一般的に正極活物質の活性を低下させる因子として水分の影響があり、電極は高温で乾燥することが好ましいが、PVdFの融点よりも高い温度での乾燥する場合には変形が懸念される。
Since charging and discharging are performed by moving Li ions in the electrolytic solution that fills the voids, inhibiting the movement of Li ions by the binder undesirably increases the diffusion resistance.
Moisture is generally a factor that lowers the activity of the positive electrode active material, and it is preferable to dry the electrode at a high temperature.

本発明者らはかかる問題を解決するために芳香族ポリアミドフィブリッドをバインダーとして用いることで耐熱性に富む電極を作成できることを発見したが(特許文献1参照)、Liイオン2次電池の場合は導電性活物質の定着が不十分であった。 In order to solve such problems, the present inventors discovered that an electrode with excellent heat resistance can be produced by using an aromatic polyamide fibrid as a binder (see Patent Document 1). Adhesion of the conductive active material was insufficient.

特開2007-158163号公報JP 2007-158163 A

本発明は上記の問題を解決すべくなされたものであり、その目的は正極活物質粒子の定着に必要な非水系極性溶剤または電解質溶液に非溶解性の耐熱繊維バインダー量の低減と、電解液で膨潤しにくくLiイオン移動に十分な空間を維持するとともに、高温になっても変形しない電極及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to reduce the amount of heat-resistant fiber binder that is insoluble in a non-aqueous polar solvent or electrolyte solution necessary for fixing the positive electrode active material particles, and To provide an electrode which does not easily swell at high temperatures, maintains a sufficient space for Li ion migration, and does not deform even at high temperatures, and a method for manufacturing the same.

本発明者らは鋭意検討の結果、アラミドナノファイバー、および、フィブリル構造を有するアラミドパルプを、非水系極性溶剤または電解質溶液に非溶解性の耐熱繊維バインダーとして用いることによりLiイオン2次電池の正極活物質をシート化するに必要なバインダー量を低減することが可能であり、抵抗の小さくかつ繰り返し充放電による性能低下の少ない電極シートが得られることを見出した。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that aramid nanofibers and aramid pulp having a fibril structure are used as a heat resistant fiber binder that is insoluble in a non-aqueous polar solvent or electrolyte solution. The present inventors have found that it is possible to reduce the amount of binder required to form an active material into a sheet, and that an electrode sheet with low resistance and little deterioration in performance due to repeated charging and discharging can be obtained.

すなわち、本発明によれば、発明の課題は以下の1~6により達成される。
1.平均繊維径が100nm以下のアラミドナノファイバーと、フィブリル構造を有するアラミドパルプと、電極活物質と、導電性助剤と、非水系極性溶剤または電解質溶液に溶解可能な溶解性バインダーとを含有する電極シートであって、
アラミドナノファイバーおよびアラミドパルプによって電極活物質が保持されており、アラミドナノファイバーの含有量が電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、アラミドパルプが電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、溶解性バインダーの含有量が電極シートを基準として0.1~1.0重量%であることを特徴とする電極シート。
2.前記アラミドナノファイバーがパラ型全芳香族ポリアミドからなる前項1記載の電極シート。
3.前記アラミドパルプがパラ型全芳香族ポリアミドからなる前項1記載の電極シート。
4.電極活物質がLi金属酸化物を含む前項1~3のいずれか1項に記載の電極シート。
5.電極シートがLiイオン2次電池の正極に用いる電極シートである前項1~4のいずれか1項に記載の電極シート。
6.平均繊維径が100nm以下のアラミドナノファイバーと、フィブリル構造を有するアラミドパルプと、電極活物質と、導電性助剤と、非水系極性溶剤または電解質溶液に溶解可能な溶解性バインダーとを、非水系極性溶剤または電解質溶液に混合してスラリーとし、これを電極集電体にコーティングし、必要に応じてプレス処理してなる前項1~5のいずれか1項に記載の電極シートの製造方法。
That is, according to the present invention, the objects of the invention are achieved by the following 1 to 6.
1. An electrode containing an aramid nanofiber having an average fiber diameter of 100 nm or less, an aramid pulp having a fibril structure, an electrode active material, a conductive aid, and a soluble binder soluble in a non-aqueous polar solvent or electrolyte solution a sheet,
The electrode active material is held by aramid nanofibers and aramid pulp, the content of aramid nanofibers is 0.05 to 0.9% by weight based on the electrode sheet, and the content of aramid pulp is 0.05% by weight based on the electrode sheet. 05 to 0.9% by weight, and a soluble binder content of 0.1 to 1.0% by weight based on the electrode sheet.
2. 2. The electrode sheet according to the preceding item 1, wherein the aramid nanofibers are made of para-type wholly aromatic polyamide.
3. 2. The electrode sheet according to the preceding item 1, wherein the aramid pulp comprises a para-type wholly aromatic polyamide.
4. 4. The electrode sheet according to any one of the preceding items 1 to 3, wherein the electrode active material contains a Li metal oxide.
5. 5. The electrode sheet according to any one of the preceding items 1 to 4, which is used for the positive electrode of a Li-ion secondary battery.
6. An aramid nanofiber having an average fiber diameter of 100 nm or less, an aramid pulp having a fibril structure, an electrode active material, a conductive aid, and a soluble binder that can be dissolved in a non-aqueous polar solvent or an electrolyte solution, 6. The method for producing an electrode sheet according to any one of the preceding items 1 to 5, wherein the slurry is mixed with a polar solvent or electrolyte solution, coated on an electrode current collector, and pressed if necessary.

本発明のアラミドナノファイバーおよびアラミドパルプで構成された電極シートは、高温でも形態安定性に優れ且つ、電極を構成する非水系極性溶剤または電解質溶液に非溶解性の耐熱繊維バインダーが電解液による膨潤少なく電極活物質の表面被覆を小さくできるため、その奏する工業的効果は格別である。 The electrode sheet composed of aramid nanofibers and aramid pulp of the present invention has excellent morphological stability even at high temperatures, and the heat-resistant fiber binder that is insoluble in the non-aqueous polar solvent or electrolyte solution that constitutes the electrode is swollen by the electrolyte solution. Since the surface coating of the electrode active material can be reduced with a small amount, the industrial effect achieved is exceptional.

本発明のアラミドナノファイバーの構造観察画像を示した一例である。It is an example which showed the structure observation image of the aramid nanofiber of this invention. 平均繊維径算出用に、図1を拡大した構造観察画像を示した一例である。It is an example which showed the structure observation image which expanded FIG. 1 for average fiber diameter calculation. 平均繊維径の算出方法に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the calculation method of an average fiber diameter. バインダーとしてアラミドパルプのみを用いた電極シートの模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of an electrode sheet using only aramid pulp as a binder. バインダーとしてアラミドナノファイバーのみを用いた電極シートの模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of an electrode sheet using only aramid nanofibers as a binder. バインダーとしてアラミドパルプとアラミドナノファイバーとを併用した電極シートの模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an electrode sheet using both aramid pulp and aramid nanofibers as a binder.

本発明によれば、平均繊維径が100nm以下のアラミドナノファイバーと、フィブリル構造を有するアラミドパルプと、電極活物質と、導電性助剤と、非水系極性溶剤または電解質溶液に溶解可能な溶解性バインダーとを含有する電極シートであって、アラミドナノファイバーおよびアラミドパルプによって電極活物質が保持されており、アラミドナノファイバーの含有量が電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、アラミドパルプが電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、溶解性バインダーの含有量が電極シートを基準として0.1~1.0重量%であることを特徴とする電極シートが提供される。 According to the present invention, an aramid nanofiber having an average fiber diameter of 100 nm or less, an aramid pulp having a fibril structure, an electrode active material, a conductive aid, and a non-aqueous polar solvent or a soluble soluble in an electrolyte solution An electrode sheet containing a binder, wherein an electrode active material is held by aramid nanofibers and aramid pulp, and the content of aramid nanofibers is 0.05 to 0.9% by weight based on the electrode sheet. , the aramid pulp is 0.05 to 0.9% by weight based on the electrode sheet, and the content of the soluble binder is 0.1 to 1.0% by weight based on the electrode sheet. A sheet is provided.

また、本発明の製造方法によれば、平均繊維径が100nm以下のアラミドナノファイバーと、フィブリル構造を有するアラミドパルプと、電極活物質と、導電性助剤と、非水系極性溶剤または電解質溶液に溶解可能な溶解性バインダーとを、非水系極性溶剤または電解質溶液に混合してスラリーとし、これを電極集電体にコーティングし、必要に応じてプレス処理してなることで電極シートを安定的に製造することが可能である。 Further, according to the production method of the present invention, an aramid nanofiber having an average fiber diameter of 100 nm or less, an aramid pulp having a fibril structure, an electrode active material, a conductive aid, and a non-aqueous polar solvent or electrolyte solution A soluble binder that can be dissolved is mixed with a non-aqueous polar solvent or an electrolyte solution to form a slurry, which is coated on an electrode current collector and, if necessary, press-treated to stably form an electrode sheet. It is possible to manufacture

加えて、非水系極性溶剤または電解液に溶解可能な溶解性バインダーを0.1~1.0重量%含むことでアラミドナノファイバーとアラミドパルプによって形成されるネットワーク構造より脱落しやすい導電性助剤などのナノ粒子の脱落も抑制し、総バインダー量の大幅な低減と耐熱性ナノファイバーによる強固なネットワークにより高温化での変形を抑制し、充放電性能に優れる電極を得ることが可能となる。 In addition, by containing 0.1 to 1.0% by weight of a soluble binder that can be dissolved in a non-aqueous polar solvent or an electrolytic solution, a conductive aid that is easy to fall off from the network structure formed by aramid nanofibers and aramid pulp. It is possible to obtain an electrode with excellent charge-discharge performance by suppressing the falling off of nanoparticles such as , suppressing deformation at high temperatures by greatly reducing the total binder amount and a strong network of heat-resistant nanofibers.

<アラミド(全芳香族ポリアミド)>
本発明におけるアラミドは、全芳香族ポリアミドである。全芳香族ポリアミドとしては、パラ型全芳香族ポリアミド(ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド、ポリ-p-ベンズアミド、ポリ-p-アミドヒドラジド、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド-3,4-ジフェニルエーテルテレフタルアミドなど)、メタ型全芳香族ポリアミド(ポリ-m-フェニレンイソフタルアミドなど)が挙げられ、高弾性かつ高強度であることからパラ型全芳香族ポリアミドであることが好ましい。例えば、パラ型全芳香族ポリアミドを用いた繊維としては、ポリーp-フェニレンテレフタルアミド繊維(市販品では、帝人株式会社製「トワロン(登録商標)」、東レ・デュポン株式会社製「ケブラー(登録商標)」など)や、コパラフェニレン・3、4’オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維(市販品では、帝人株式会社製「テクノーラ(登録商標)」など)が挙げられ、メタ型全芳香族ポリアミドを用いた繊維としては、ポリ-m-フェニレンイソフタルアミド繊維(市販品では、帝人株式会社製「テイジンコーネックス(登録商標)」、デュポン社製「ノーメックス(登録商標)」など)が挙げられる。
<Aramid (wholly aromatic polyamide)>
Aramid in the present invention is a wholly aromatic polyamide. As the wholly aromatic polyamide, para-type wholly aromatic polyamide (poly-p-phenylene terephthalamide, poly-p-benzamide, poly-p-amide hydrazide, poly-p-phenylene terephthalamide-3,4-diphenyl ether terephthalamide etc.), and meta-type wholly aromatic polyamides (poly-m-phenylene isophthalamide, etc.), and para-type wholly aromatic polyamides are preferred because of their high elasticity and high strength. For example, fibers using para-type wholly aromatic polyamide include poly-p-phenylene terephthalamide fibers (commercially available products are "Twaron (registered trademark)" manufactured by Teijin Limited, "Kevlar (registered trademark)" manufactured by Toray DuPont Co., Ltd. )”, etc.), and coparaphenylene/3,4′-oxydiphenylene terephthalamide fibers (commercially available products such as “Technora (registered trademark)” manufactured by Teijin Limited), and meta-type wholly aromatic polyamides are used. Examples of the fibers include poly-m-phenylene isophthalamide fibers (commercially available products include "Teijin Conex (registered trademark)" manufactured by Teijin Limited and "Nomex (registered trademark)" manufactured by DuPont).

<アラミドナノファイバー>
本発明におけるアラミドナノファイバーとはその平均繊維径が100nm以下であり、好ましくは50nm以下、より好ましくは25nm以下である。平均繊維径の下限は1nm以上、好ましくは3nm以上であることが好ましい。また、アラミドナノファイバーは500nm以上の繊維径のものを有さないことが好ましい。
<Aramid nanofiber>
The aramid nanofibers in the present invention have an average fiber diameter of 100 nm or less, preferably 50 nm or less, more preferably 25 nm or less. The lower limit of the average fiber diameter is preferably 1 nm or more, preferably 3 nm or more. Moreover, it is preferable that the aramid nanofibers do not have a fiber diameter of 500 nm or more.

本発明におけるアラミドナノファイバーは、繊維長/繊維径で表されるアスペクト比が好ましくは10以上1、000以下であり、より好ましくは10以上500以下であり、さらに好ましくは10以上100以下である。アスペクト比が10未満であると、繊維の交絡構造が発現しにくく、微細な編み目構造を形成しにくくなる。それゆえに期待される特性発現が困難になる場合がある。 The aramid nanofiber in the present invention preferably has an aspect ratio represented by fiber length/fiber diameter of 10 or more and 1,000 or less, more preferably 10 or more and 500 or less, and still more preferably 10 or more and 100 or less. . If the aspect ratio is less than 10, it is difficult to develop an entangled structure of fibers and to form a fine mesh structure. Therefore, it may be difficult to develop expected characteristics.

本発明におけるアラミドナノファイバーの比表面積は、50m/g以上であることが好ましく、より好ましくは80m/g以上である。比表面積の上限は、200m/g以下であることが好ましく、より好ましくは150m/g以下である。上記範囲よりも低い比表面積では、電極活物質との十分な接着面積が確保されず、少量での良好なバインダー特性発現に至らない。また、上記範囲よりも高い比表面積では、塗工液の増粘による塗工性低下や分散状態維持が困難になるなど望ましくない。 The specific surface area of the aramid nanofibers in the present invention is preferably 50 m 2 /g or more, more preferably 80 m 2 /g or more. The upper limit of the specific surface area is preferably 200 m 2 /g or less, more preferably 150 m 2 /g or less. If the specific surface area is lower than the above range, a sufficient bonding area with the electrode active material cannot be ensured, and a small amount of the binder does not lead to the expression of good binder properties. On the other hand, if the specific surface area is higher than the above range, the viscosity of the coating liquid is increased, which is undesirable because the coating properties are deteriorated and it becomes difficult to maintain the dispersed state.

また、本発明におけるアラミドナノファイバーは、全芳香族ポリアミドであり、パラ型全芳香族ポリアミドであることが好ましい。パラ型全芳香族ポリアミドとしては、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド、ポリ-p-ベンズアミド、ポリ-p-アミドヒドラジド、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド-3,4-ジフェニルエーテルテレフタルアミドなどが好ましく、配向結晶性(紡糸溶液中で液晶構造のドメインを形成)を有するポリ-p-フェニレンテレフタルアミド繊維であることが好ましい。 Moreover, the aramid nanofiber in the present invention is a wholly aromatic polyamide, preferably a para-type wholly aromatic polyamide. As the para-type wholly aromatic polyamide, poly-p-phenylene terephthalamide, poly-p-benzamide, poly-p-amide hydrazide, poly-p-phenylene terephthalamide-3,4-diphenyl ether terephthalamide and the like are preferable and oriented. Poly-p-phenylene terephthalamide fibers having crystallinity (forming domains of liquid crystal structure in the spinning solution) are preferred.

<アラミドナノファイバーの製造>
本発明で使用されるアラミドナノファイバーの製造は、例えば、パラ型全芳香族ポリアミド繊維またはパラ型全芳香族ポリアミドパルプを原料とし、当該繊維を親和性の高い溶媒中にて浸漬・膨潤し、さらに強塩基性物質を添加することで水素結合部を切断し、その結果生成することが好ましい。本発明で好ましく用いることのできるパラ型全芳香族ポリアミドは、1種または2種以上の2価の芳香族基がアミド結合により連結されたポリマーであって、芳香族基には2個以上の芳香環が存在してもよく、その芳香環は直接結合していても、酸素や硫黄を介して結合していてもよい。また、2価の芳香族基の水素原子は、ハロゲン化物、低級アルキル基、フェニル基で置換されていてもよい。また、アラミドナノファイバー生成時に使用する溶媒としては、非プロトン性極性溶媒が好ましく、具体的には、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、N-メチル―2-ピロリドンなどが挙げられる。アラミドナノファイバー生成時に使用する強塩基性物質としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウムなどが挙げられる。
<Production of aramid nanofibers>
The aramid nanofibers used in the present invention are produced by, for example, using a para-type wholly aromatic polyamide fiber or a para-type wholly aromatic polyamide pulp as a raw material, soaking and swelling the fiber in a solvent with high affinity, Furthermore, it is preferable to add a strongly basic substance to break the hydrogen bond, and to produce it as a result. The para-type wholly aromatic polyamide that can be preferably used in the present invention is a polymer in which one or more divalent aromatic groups are linked by amide bonds, and the aromatic group has two or more Aromatic rings may be present and the aromatic rings may be attached directly or through oxygen or sulfur. Also, the hydrogen atom of the divalent aromatic group may be substituted with a halide, a lower alkyl group, or a phenyl group. As the solvent used for producing aramid nanofibers, aprotic polar solvents are preferred, and specific examples include dimethylsulfoxide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone and the like. Potassium hydroxide, sodium hydroxide, barium hydroxide, calcium hydroxide, etc., are examples of strongly basic substances used for producing aramid nanofibers.

本発明におけるアラミドナノファイバーの製造は、具体的には、パラ型全芳香族ポリアミド(例えば、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド)繊維またはパルプをアルカリ性に調整したジメチルスルホキシド中に浸漬することで製造することができる。 Specifically, the production of aramid nanofibers in the present invention is carried out by immersing para-type wholly aromatic polyamide (for example, poly-p-phenylene terephthalamide) fibers or pulp in dimethyl sulfoxide adjusted to alkalinity. be able to.

パラ型全芳香族ポリアミド(例えば、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド)は紡糸溶液中で液晶構造のドメインを形成し、キャピラリーより吐出した後、紡糸溶媒を水洗することにより得られる。得られた繊維を前記手法により繊維を構成する液晶ドメイン間の弱い結合をアルカリ条件により切断した後、得られた繊維を相溶性の高い溶媒中に遊離させることで、高弾性かつ高強度の切断された繊維を得ることができる。次いで、得られた切断された繊維を分散溶媒である貧溶媒(水、アルコール、アセトンなど)に投入することでアラミドナノファイバーを単離することが可能である。 A para-type wholly aromatic polyamide (eg, poly-p-phenylene terephthalamide) is obtained by forming a domain of a liquid crystal structure in a spinning solution, discharging it from a capillary, and washing the spinning solvent with water. After the weak bonds between the liquid crystal domains constituting the fiber are cut by the above-mentioned method under alkaline conditions, the obtained fiber is liberated in a highly compatible solvent, so that the fiber can be cut with high elasticity and high strength. You can get the fiber that has been made. Then, the aramid nanofibers can be isolated by putting the resulting cut fibers into a poor solvent (water, alcohol, acetone, etc.) as a dispersion solvent.

なお、直径10~20μmのパラ型全芳香族ポリアミド(例えば、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド)繊維を数mmにカットし、水中で相互にせん断付与するリファイナー処理を行うことで得られるパラ型全芳香族ポリアミド(例えば、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド)パルプを得ることができる。このようなリファイナー処理では、液晶界面のせん断破壊により繊維表面より微細化した繊維は完全に分離せず分岐した状態となり、該該微細化繊維の直径は100~1000nmとなり、原料繊維の中心部の直径は数μmとなる。リファイナー処理されたパルプを上記の処理により、アラミドナノファイバー化させることもできる。 In addition, a para-type whole aromatic polyamide (for example, poly-p-phenylene terephthalamide) fiber having a diameter of 10 to 20 μm is cut into several mm and subjected to a refiner treatment in which mutual shearing is performed in water. Aromatic polyamide (eg, poly-p-phenylene terephthalamide) pulp can be obtained. In such a refiner treatment, the fibers that are finer from the fiber surface due to the shear fracture at the liquid crystal interface are not completely separated and are in a branched state, and the diameter of the finer fibers is 100 to 1000 nm. The diameter is several μm. Refined pulp can also be converted into aramid nanofibers by the above treatment.

アラミド素材のその他微細化手法としては、上述したような化学処理ではなく、機械的なせん断力を付与する手法も考えられるが、当該手法ではナノオーダーの繊維径を有するフィブリル構造が部分的に得られるにとどまる。従って、フィブリル化していないマイクロオーダーの構造体も含むことになるため、ナノオーダーでの均質な交絡構造が得られずに期待されるような物性が発現しない。本発明においては、部分的なナノ化ではなく、均質にナノ化した繊維による交絡構造の形成が好ましい。 As another method for refining the aramid material, instead of the chemical treatment as described above, a method of applying a mechanical shearing force can be considered, but this method partially obtains a fibril structure with a nano-order fiber diameter Stay as long as you can. Therefore, since a non-fibrillated micro-order structure is also included, a homogeneous entangled structure on the nano-order cannot be obtained, and expected physical properties are not exhibited. In the present invention, it is preferable to form an entangled structure with uniformly nanoized fibers instead of partial nanoization.

<アラミドパルプ>
本発明におけるアラミドパルプは、フィブリル構造(フィブリッドと称する場合もある)を有する。フィブリル構造を有するアラミドパルプは、例えば、特表2014-501859号公報に記載の公知の方法によって得ることができる。具体的には、例えば、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミドの繊維を数ミリにカットし、水中に分散し、リファイナーを用いて相互にこすり合わせることでフィブリルを形成するなどの方法を用いてよい。あるいは、パラ型芳香族ポリアミド溶液を水などの貧溶媒中に噴射凝固した構造体を使用することも可能である。
<Aramid pulp>
The aramid pulp in the present invention has a fibril structure (sometimes called fibrids). Aramid pulp having a fibril structure can be obtained, for example, by a known method described in JP-T-2014-501859. Specifically, for example, a method such as cutting poly-p-phenylene terephthalamide fibers into several millimeters, dispersing them in water, and rubbing them against each other using a refiner to form fibrils may be used. Alternatively, it is also possible to use a structure obtained by spraying and solidifying a para-type aromatic polyamide solution in a poor solvent such as water.

本発明におけるアラミドパルプのフィブリル構造は、部分的に繊維径が100nmを超えることが好ましく、300nm以上であることがより好ましい。なお、フィブリル構造は図4に模式的に示すように幹部2と枝部(フィブリル部)3のように構成されており、幹部2または枝部3のいずれかが上記した範囲を超える繊維径を有していればよい。また、平均繊維長が1000μm以下であることが好ましい。平均繊維長の下限は100μm以上、好ましくは500μm以上であることが好ましい。 The fibril structure of the aramid pulp in the present invention preferably partially has a fiber diameter exceeding 100 nm, more preferably 300 nm or more. As schematically shown in FIG. 4, the fibril structure is composed of a trunk 2 and branch portions (fibril portions) 3, and either the trunk portion 2 or branch portions 3 have a fiber diameter exceeding the above range. It's fine if you have it. Also, the average fiber length is preferably 1000 μm or less. The lower limit of the average fiber length is preferably 100 μm or more, preferably 500 μm or more.

本発明におけるアラミドパルプの比表面積は、10m/g以上40m/g以下であることが好ましく、より好ましくは20m/g以上30m/g以下である。
このように、アラミドナノファイバーよりも大きい構造を有するアラミドパルプを使用することにより、非水系極性溶剤または電解質溶液に非溶解性の耐熱繊維バインダーにて形成されるネットワーク構造における応力伝達距離を増大させることが可能となる。
The specific surface area of the aramid pulp in the present invention is preferably 10 m 2 /g or more and 40 m 2 /g or less, more preferably 20 m 2 /g or more and 30 m 2 /g or less.
Thus, by using aramid pulp having a structure larger than that of aramid nanofibers, the stress transmission distance in the network structure formed by the heat-resistant fiber binder insoluble in non-aqueous polar solvents or electrolyte solutions is increased. becomes possible.

<繊維質バインダー>
本発明において、繊維質バインダーとしてアラミドナノファイバーとアラミドパルプを併用することが重要である。
繊維質バインダーとしてアラミドパルプのみを使用する場合、図4に模式的に示すように、電極活物質1の把持に必要な比表面積を十分確保することが困難であり好ましくない。また、アラミドパルプを分散させた塗工液は、パルプの枝分かれ構造が溶媒を抱え込むことで液流動性が低くなり、均質に塗工することが困難である。
<Fibrous binder>
In the present invention, it is important to use aramid nanofibers and aramid pulp together as a fibrous binder.
When only aramid pulp is used as the fibrous binder, it is difficult to secure a sufficient specific surface area necessary for gripping the electrode active material 1, as schematically shown in FIG. In addition, the branched structure of the pulp entraps the solvent in a coating liquid in which aramid pulp is dispersed, resulting in low fluidity and difficulty in uniform coating.

繊維質バインダーとしてアラミドナノファイバーのみを使用する場合、図5に模式的に示すように、均質な塗工性及び高比表面積は確保される。一方で、粒径が数十μmオーダーである電極活物質1の把持が困難であり、結果として電極活物質の脱落抑制が困難である。これは、アラミドナノファイバー4の構造サイズが電極活物質対比小さいため、電極活物質間を結ぶ長距離ネットワークを形成しにくいからであると推察される。また、アラミドナノファイバー4のみを分散させた塗工液は、液流動性が高くなり、均質塗工性には優れる一方で、アラミドパルプを含む塗工液と比較して液だれが生じやすく、厚塗り塗工性は低下する。 When only aramid nanofibers are used as the fibrous binder, homogeneous coatability and high specific surface area are ensured, as schematically shown in FIG. On the other hand, it is difficult to hold the electrode active material 1 whose particle size is on the order of several tens of micrometers, and as a result, it is difficult to prevent the electrode active material from coming off. It is presumed that this is because the structural size of the aramid nanofibers 4 is smaller than that of the electrode active material, making it difficult to form a long-distance network connecting the electrode active materials. In addition, the coating liquid in which only the aramid nanofibers 4 are dispersed has high liquid fluidity and is excellent in uniform coating properties. Thick coating coatability is lowered.

以上を踏まえ、繊維質バインダーとしてアラミドパルプとアラミドナノファイバーとを併用することで、図6に模式的に示すように、電極活物質1間を結ぶ長距離かつ強固なネットワークをアラミドパルプの幹部2および枝部3で形成しつつ、アラミドナノファイバー4由来の高比表面積によるバインダー性能発現が期待される。また、アラミドパルプとアラミドナノファイバーの併用により均質塗工性と厚塗り塗工性の両立も期待される。 Based on the above, by using aramid pulp and aramid nanofibers together as a fibrous binder, as schematically shown in FIG. And the branch 3 is expected to exhibit binder performance due to the high specific surface area derived from the aramid nanofibers 4 . In addition, the combined use of aramid pulp and aramid nanofiber is expected to achieve both uniform coatability and thick coatability.

<電極活物質>
本発明における電極活物質は、充放電によりLiなどのイオンを放出・充填することが可能である物質であり、Li金属酸化物であることが好ましく、具体的には、コバルトリチウム酸化物、マンガンリチウム酸化物、NMC(ニッケル・マンガン・コバルト)Li酸化物などが挙げられる。
<Electrode active material>
The electrode active material in the present invention is a substance capable of releasing and filling ions such as Li by charging and discharging, and is preferably a Li metal oxide. Specifically, cobalt lithium oxide, manganese Lithium oxide, NMC (nickel-manganese-cobalt) Li oxide, and the like.

<導電性助剤>
本発明における導電性助剤は、電極活物質表面及び電極活物質粒子間に配置する導電性の物質であり、電気化学的安定性から炭素材料であることが好ましい。具体的には、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラックなど)であることが好ましく、カーボンナノチューブ(CNT)や導電性高分子(ポリアセンなど)が併用されていても良い。
<Conductive auxiliary agent>
The conductive aid in the present invention is a conductive substance placed on the surface of the electrode active material and between the electrode active material particles, and is preferably a carbon material in terms of electrochemical stability. Specifically, carbon black (acetylene black, ketjen black, etc.) is preferable, and carbon nanotubes (CNT) and conductive polymers (polyacene, etc.) may be used in combination.

本発明における溶解性バインダーは、非水系極性溶媒に溶解可能且つ電極活物質で生じる電位差で分解されない物質であり、高温でも変化の少ない耐熱性ポリマーが好ましく、具体的には、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリイミド、メタアラミド等が挙げられ、その中でも特にポリフッ化ビニリデン(PVdF)が好ましい。 The soluble binder in the present invention is a substance that is soluble in a non-aqueous polar solvent and is not decomposed by the potential difference generated by the electrode active material, and is preferably a heat-resistant polymer that changes little even at high temperatures. Specifically, polyvinylidene fluoride (PVdF ), polyimide, meta-aramid, etc. Among them, polyvinylidene fluoride (PVdF) is particularly preferable.

<電極シートおよびその製造>
本発明における電極シートは、上述した電極活物質、導電性助剤、アラミドナノファイバー、アラミドパルプ、溶解性バインダーからなり、電極活物質と導電性助剤がアラミドナノファイバーとアラミドパルプと溶解性バインダーで保持されており、アラミドナノファイバーの含有量が電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、好ましくは0.06~0.5重量%であり、より好ましくは0.07~0.3重量%であり、さらに好ましくは0.08~0.2重量%である。また、アラミドパルプの含有量が電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、好ましくは0.1~0.7重量%であり、より好ましくは0.2~0.5重量%である。また、溶解性バインダーの含有量が電極シートを基準として0.1~1.0重量%であり、好ましくは0.2~0.9重量%であり、より好ましくは0.3~0.8重量%である。
<Electrode sheet and its manufacture>
The electrode sheet in the present invention comprises the above-described electrode active material, conductive aid, aramid nanofiber, aramid pulp, and soluble binder, and the electrode active material and conductive aid consist of aramid nanofiber, aramid pulp, and soluble binder. and the content of aramid nanofibers is 0.05 to 0.9% by weight, preferably 0.06 to 0.5% by weight, more preferably 0.07, based on the electrode sheet. 0.3% by weight, more preferably 0.08 to 0.2% by weight. Also, the content of aramid pulp is 0.05 to 0.9% by weight, preferably 0.1 to 0.7% by weight, more preferably 0.2 to 0.5% by weight, based on the electrode sheet. %. Further, the content of the soluble binder is 0.1 to 1.0% by weight, preferably 0.2 to 0.9% by weight, more preferably 0.3 to 0.8% by weight, based on the electrode sheet. % by weight.

アラミドナノファイバーは近接するナノファイバーとの間に、ポリマー構造であるアミド結合により相互に水素結合を生じ、電極活物質及び導電性助剤をシート化することが可能である。 Aramid nanofibers can generate hydrogen bonds with adjacent nanofibers through amide bonds, which are polymer structures, to form a sheet of the electrode active material and the conductive aid.

なお、アラミドナノファイバーおよびアラミドパルプが0.05重量%未満であるとシート化できないため好ましくない。また、0.9重量%を超えるとナノファイバーとパルプとが偏在しやすくなるため好ましくない。 If the content of aramid nanofibers and aramid pulp is less than 0.05% by weight, it cannot be formed into a sheet, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 0.9% by weight, the nanofibers and the pulp tend to be unevenly distributed, which is not preferable.

さらに、充放電でのLiイオンの移動により電極活物質の膨張収縮が発生し、その結果粒子間に擦れが生じるため導電性助剤の脱落が生じることを防ぐために、微量の溶解性バインダーを併用することが好ましい。 Furthermore, in order to prevent the electrode active material from expanding and contracting due to the movement of Li ions during charging and discharging, and as a result, rubbing between particles occurs, the conductive auxiliary agent may fall off. preferably.

上記で説明した、電極シートは次の方法により製造することができる。すなわち本発明の電極シートはアラミドナノファイバー、アラミドパルプ、溶解性バインダーの重量比が、0.05~0.9:0.05~0.9:0.1~1.0であり、電極シート基準で4重量%以下の導電性助剤に電極活物質を加え、非水系極性溶媒でスラリーとなし、集電シートまたはフィルムに塗工、乾燥することで得られる。 The electrode sheet described above can be produced by the following method. That is, the electrode sheet of the present invention has a weight ratio of aramid nanofiber, aramid pulp and soluble binder of 0.05 to 0.9:0.05 to 0.9:0.1 to 1.0. It can be obtained by adding an electrode active material to a conductive auxiliary agent of 4% by weight or less on a basis, forming a slurry with a non-aqueous polar solvent, coating it on a current collector sheet or film, and drying it.

上記の方法により得られたシートは加熱カレンダーロール等を用いてプレス処理を行うことで、空隙を減少し高密度化し、体積当たりの電極活物質密度をあげ、2次電池容量を増加することは恒常的に実施されており、熱及び圧力により電極シートが破壊しないことが求められることは言うまでもない。 The sheet obtained by the above method is press-treated using a heated calender roll or the like to reduce voids and increase the density, increase the density of the electrode active material per volume, and increase the secondary battery capacity. Needless to say, it is required that the electrode sheet should not be destroyed by heat and pressure.

より具体的には、例えば、パラ型全芳香族ポリアミド繊維またはパラ型全芳香族ポリアミドパルプを、非プロトン性極性溶媒下に強塩基性物質を添加し、ナノファイバー化して得られる平均繊維径が100nm以下のアラミドナノファイバーと、フィブリル構造を有するアラミドパルプと、電極活物質と、導電性助剤と、非水系極性溶剤または電解質溶液に溶解可能な溶解性バインダーとを、非水系極性溶剤または電解質溶液に混合してスラリーとし、これを電極集電体にコーティングし、必要に応じてプレス処理することで電極シートを得ることができる。 More specifically, for example, a para-type wholly aromatic polyamide fiber or a para-type wholly aromatic polyamide pulp is added with a strongly basic substance in an aprotic polar solvent to form nanofibers, and the average fiber diameter is Aramid nanofibers of 100 nm or less, aramid pulp having a fibril structure, an electrode active material, a conductive aid, and a soluble binder that can be dissolved in a non-aqueous polar solvent or electrolyte solution, a non-aqueous polar solvent or electrolyte An electrode sheet can be obtained by mixing the slurry with the solution to form a slurry, coating the electrode current collector with the slurry, and subjecting it to press treatment as necessary.

この操作により所定の厚みで活厚み変化のないシートが得られ、セパレーター、負極シートと積層し電解液を注入することで2次電池(Liイオン2次電池)が作られる。
なお、電極シートは、電気伝導度が30×10-3S/cm以上であることが好ましく、より好ましくは33×10-3S/cm以上であり、さらに好ましくは35×10-3S/cm以上である。また、電解液浸透速度は230~400secであることが好ましく、より好ましくは250~400secであり、さらに好ましくは300~400secである。また、25℃、70℃における単電池性能の双方が95%以上であることが好ましく、より好ましくは96%以上である。
By this operation, a sheet having a predetermined thickness with no change in active thickness is obtained, and a secondary battery (Li-ion secondary battery) is produced by laminating the sheet with a separator and a negative electrode sheet and injecting an electrolytic solution.
The electrode sheet preferably has an electrical conductivity of 30×10 −3 S/cm or more, more preferably 33×10 −3 S/cm or more, and still more preferably 35×10 −3 S/cm or more. cm or more. Also, the electrolytic solution permeation speed is preferably 230 to 400 sec, more preferably 250 to 400 sec, and still more preferably 300 to 400 sec. Also, both the single cell performances at 25° C. and 70° C. are preferably 95% or more, more preferably 96% or more.

以下、実施例および比較例により、本発明を詳細に説明するが、本発明の範囲は、以下の実施例および比較例に制限されるものではない。なお、実施例中の各特性値は下記の方法で測定した。 The present invention will be described in detail below with reference to Examples and Comparative Examples, but the scope of the present invention is not limited to the following Examples and Comparative Examples. In addition, each characteristic value in the examples was measured by the following method.

<平均繊維径>
走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、品盤:JSM-6330F)を用い、サンプルの構造を観察した。50,000倍の倍率設定で観察した画像から、横1,800nm~2,000nm、縦1,200nm~1,500nmの画像領域を選択し、当該画像領域をさらに縦に4分割、横に4分割して得られる計16箇所のグリッド領域A1-D4を定義し、各グリッド領域内に存在するサンプルを1点選択し、選択したサンプルの繊維径を画像上で計測した平均値を平均繊維径として採用した(図2、3参照)。
<Average fiber diameter>
The structure of the sample was observed using a scanning electron microscope (manufactured by JEOL Ltd., product board: JSM-6330F). From the image observed at a magnification setting of 50,000 times, select an image area of 1,800 nm to 2,000 nm in width and 1,200 nm to 1,500 nm in length, and divide the image area into 4 vertically and 4 horizontally. A total of 16 grid areas A1-D4 obtained by division are defined, one sample present in each grid area is selected, and the average value of the fiber diameter of the selected sample measured on the image is the average fiber diameter. (See Figures 2 and 3).

<比表面積測定>
流動式比表面積自動測定装置(株式会社島津製作所製 フローソーブ)を使用し、対象サンプルの比表面積を測定した。サンプル表面に吸着占有面積が既知のヘリウムを液体窒素温度で吸着させ、ヘリウムガスの吸着量からサンプルの比表面積を求めた。
<Specific surface area measurement>
The specific surface area of the target sample was measured using an automatic flow-type specific surface area measuring device (Flowsorb manufactured by Shimadzu Corporation). Helium having a known adsorption occupation area was adsorbed on the sample surface at liquid nitrogen temperature, and the specific surface area of the sample was determined from the amount of helium gas adsorbed.

(塗工液特性)
<均質塗工性>
調製した塗工液をダイコートで塗工した直後の塗工液状態(塗工した直後の塗工液の厚み)を目視で観察し、むらなく均質に塗工可能かを評価した。
○:均質塗工可能
△:部分的なむらは存在するが、塗工可能
×:塗工むらが全体にわたって存在し、ダイコートでの塗工は困難
(Coating liquid characteristics)
<Homogeneous Coatability>
The state of the coating liquid (thickness of the coating liquid immediately after coating) immediately after the prepared coating liquid was applied by die coating was visually observed to evaluate whether uniform coating was possible without unevenness.
○: Uniform coating is possible △: Partial unevenness exists, but coating is possible ×: Coating unevenness exists over the entire surface, making it difficult to apply with a die coat

<厚塗り塗工性>
所定の塗工エリアに塗工液を塗工後、水平な場所で、常温・常圧環境下で10分間静置し、調製した塗工液を市販のアルミ箔にダイコート(クリアランス:100μm)を用いて塗工し、当該塗工エリアに塗布された塗工液の経時変化(面積変化(面積減少率))を観察した。評価基準は以下の通りとした。
○:塗工エリアの面積変化(面積減少率)が5%未満
△:塗工エリアの面積変化(面積減少率)が5%以上20%未満
×:塗工エリアの面積変化(面積減少率)が20%以上
<Thick coatability>
After applying the coating liquid to the predetermined coating area, leave it on a horizontal surface for 10 minutes under normal temperature and pressure environment, and die-coat the prepared coating liquid on a commercially available aluminum foil (clearance: 100 μm). A change over time (area change (area reduction rate)) of the coating liquid applied to the coating area was observed. The evaluation criteria were as follows.
○: Area change (area reduction rate) of coating area is less than 5% △: Area change (area reduction rate) of coating area is 5% or more and less than 20% ×: Area change (area reduction rate) of coating area is 20% or more

(電極塗工性)
<乾燥時の変形>
所定の塗工エリアに塗工液を塗工後、水平な場所で、ホットプレート(100℃)・常圧環境下で20分間乾燥し、調製した塗工液を市販のアルミ箔にダイコート(クリアランス:100μm)を用いて塗工し、当該塗工エリアに塗布された塗工液を観察した。評価基準は以下の通りとした。
○:塗工エリアの面積変化が5%未満
△:塗工エリアの面積変化が5%以上10%未満
×:塗工エリアの面積変化が10%以上
(Electrode coatability)
<Deformation during drying>
After applying the coating liquid to the specified coating area, dry it for 20 minutes in a hot plate (100 ° C) and normal pressure environment on a horizontal place, and die-coat the prepared coating liquid on a commercially available aluminum foil (clearance : 100 μm), and the coating liquid applied to the coating area was observed. The evaluation criteria were as follows.
○: Area change of coating area is less than 5% △: Area change of coating area is 5% or more and less than 10% ×: Area change of coating area is 10% or more

<軸巻き試験>
円筒及び角型電池の電極を転回巻き付けする工程における作業性の指標として、4mmφのSUS線に作成した電極シート(幅10mm、長さ50mm)を巻き付け、クラック、剥離の有無を評価した。
○:クラック、剥離なし
△:クラック、剥離が部分的に生じる
×:クラック、剥離が全体的に生じる
<Shaft winding test>
As an index of the workability in the process of rotating and winding the electrodes of cylindrical and rectangular batteries, an electrode sheet (width 10 mm, length 50 mm) was wound around a SUS wire of 4 mmφ, and the presence or absence of cracks and peeling was evaluated.
○: No cracks and peeling △: Cracks and peeling occur partially ×: Cracks and peeling occur entirely

<粉落ち>
作成した電極シート表面をワイピングクロス(キムワイプ)にて静かにこすり、汚れにより判定した。
○:汚れ落ちなし
△:かすかに汚れあり
×:汚れあり
<Powder drop>
The surface of the prepared electrode sheet was gently rubbed with a wiping cloth (Kimwipe), and the stain was judged.
○: No stain removal △: Slightly stained ×: Stained

[実施例1]
<アラミドナノファイバーの作成>
・アラミドパルプ:10g(帝人アラミド社製のトワロン1000を6mmのカットした繊維10gを沸騰水1000gで30分煮沸洗浄し、冷却後水洗、乾燥し得た)。
・東京化成工業株式会社 ジメチルスルホキシド(DMSO)>99% 80g、
・東京応化工業株式会社 水酸化カリウム(KOH) 10g
上記3種をプラネタリーミキサーに投入し70℃で2時間撹拌処理を行った。撹拌後、アラミドパルプは形状がなくなり、赤色半透明の高粘度溶液を得た。
[Example 1]
<Creation of aramid nanofiber>
Aramid pulp: 10 g (10 g of Twaron 1000 fiber from Teijin Aramid Co., Ltd. cut to 6 mm was boiled and washed in 1000 g of boiling water for 30 minutes, cooled, washed with water and dried).
・ Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. dimethyl sulfoxide (DMSO) > 99% 80 g,
・Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. Potassium hydroxide (KOH) 10g
The above three types were put into a planetary mixer and stirred at 70° C. for 2 hours. After stirring, the aramid pulp lost its shape and gave a translucent red, highly viscous solution.

得られたナノファイバーを含む赤色半透明の溶液を3倍量のDMSOで希釈し、20リットルの水中に撹拌しながら徐々に投入し、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミドのナノファイバーを析出させた。この時、溶液は黄赤色のスラリーであり、ここに硫酸をKOH中和に必要量投入し、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミドナノファイバーをろ過により採取した。 The resulting translucent red solution containing nanofibers was diluted with 3 times the volume of DMSO and gradually poured into 20 liters of water with stirring to precipitate nanofibers of poly-p-phenylene terephthalamide. At this time, the solution was a reddish-yellow slurry, into which a necessary amount of sulfuric acid was added for KOH neutralization, and poly-p-phenylene terephthalamide nanofibers were collected by filtration.

続いて、蒸留水またはイオン交換水を用い3~5回洗浄と延伸脱水を行い溶媒と塩を除去した。得られたポリ-p-フェニレンテレフタルアミドナノファイバー含有の水固形物を、固形分濃度1%となるように蒸留水を添加し、増幸産業株式会社製石臼式粉砕混錬機(スーパーマスコロイダー)を用いて、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミドナノファイバー分散水溶液を得た。得られたポリ-p-フェニレンテレフタルアミドナノファイバー分散液をイソプロピルアルコールで希釈しプレパラートに滴下、乾燥し、平均繊維径が20nmであることを確認した(図1、図2参照)。 Subsequently, washing with distilled water or ion-exchanged water and stretching and dehydration were carried out 3 to 5 times to remove the solvent and salt. Distilled water was added to the resulting aqueous solids containing poly-p-phenylene terephthalamide nanofibers so that the solid content concentration was 1%, and a stone mill type pulverizer (Super Mascolloider) manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd. was used to obtain a poly-p-phenylene terephthalamide nanofiber-dispersed aqueous solution. The resulting poly-p-phenylene terephthalamide nanofiber dispersion was diluted with isopropyl alcohol, added dropwise to a preparation, dried, and confirmed to have an average fiber diameter of 20 nm (see FIGS. 1 and 2).

上記のアラミドナノファイバー0.25質量部と、微細化アラミドパルプ(帝人株式会社製トワロン(登録商標):1094パルプ)を高圧ホモジナイザー処理したもの。比表面積:21m/g)0.25質量部と、PVdF(クレハまたは日本ゼオン製)0.5質量部とをNMP中に分散した溶液に、正極活物質(Ni:Mn:Co=1:1:1)LiOを95質量部、アセチレンブラック(電気化学工業製)4質量部を固形分濃度70%になるように混合し、薄膜旋回型高速混合機(フィルミクス)を用いて2000rpmで5分間分散し、電極スラリーを作成した。 0.25 parts by mass of the above aramid nanofiber and fine aramid pulp (Twaron (registered trademark): 1094 pulp manufactured by Teijin Limited) were treated with a high-pressure homogenizer. A positive electrode active material (Ni : Mn:Co=1: 1:1) 95 parts by mass of LiO 2 and 4 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) were mixed so that the solid content concentration was 70%, and the mixture was mixed at 2000 rpm using a thin-film swirling high-speed mixer (Filmix). After dispersing for 5 minutes, an electrode slurry was prepared.

市販のアルミ箔にダイコートを用いて成膜し、ホットプレート(100℃)で20分間乾燥を行った。
乾燥した電極シートを金属ロールカレンダーでプレス処理(処理温度:60℃で処理線圧:2kN/cm)し、塗工電極シートを得た。
得られた電極シートを50mm×50mmの所定の大きさに打ち抜き170℃で10時間乾燥を行い、評価電極を得た。得られた評価電極シートを上述した評価方法に従い評価をおこなった。
A film was formed on a commercially available aluminum foil using a die coat, and dried on a hot plate (100° C.) for 20 minutes.
The dried electrode sheet was press-treated with a metal roll calender (treatment temperature: 60° C., treatment line pressure: 2 kN/cm) to obtain a coated electrode sheet.
The obtained electrode sheet was punched into a predetermined size of 50 mm×50 mm and dried at 170° C. for 10 hours to obtain an evaluation electrode. The obtained evaluation electrode sheet was evaluated according to the evaluation method described above.

[実施例2]
アラミドナノファイバー0.25質量部と、アラミド噴射凝固体(アラミドポリマー溶液を貧溶媒中に噴射凝固させたもの。比表面積:26m/g)と、PVdF0.5質量部、アセチレンブラック4質量部、正極活物質95質量部に変更した以外は実施例1と同様にして電極シートを作成し、評価を行った。
[Example 2]
0.25 parts by mass of aramid nanofiber, aramid spray solidified body (a product obtained by spraying and solidifying an aramid polymer solution in a poor solvent. Specific surface area: 26 m 2 /g), 0.5 parts by mass of PVdF, 4 parts by mass of acetylene black , and an electrode sheet was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode active material was changed to 95 parts by mass.

[比較例1]
PVdF1.0質量部、アセチレンブラック4質量部、正極活物質95質量部に変更した以外は実施例1と同様にして電極シートを作成し、評価を行った。
[Comparative Example 1]
An electrode sheet was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that PVdF was changed to 1.0 parts by mass, 4 parts by mass of acetylene black, and 95 parts by mass of the positive electrode active material.

[比較例2]
アラミドナノファイバー0.5質量部と、PVdF0.5質量部、アセチレンブラック4質量部、正極活物質95質量部に変更した以外は実施例1と同様にして電極シートを作成し、評価を行った。
[Comparative Example 2]
An electrode sheet was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 0.5 parts by mass of aramid nanofiber, 0.5 parts by mass of PVdF, 4 parts by mass of acetylene black, and 95 parts by mass of the positive electrode active material were used. .

[比較例3]
微細化アラミドパルプ0.5質量部と、PVdF0.5質量部、アセチレンブラック4質量部、正極活物質95質量部に変更した以外は実施例1と同様にして電極シートを作成し、評価を行った。
[Comparative Example 3]
An electrode sheet was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 0.5 parts by mass of fine aramid pulp, 0.5 parts by mass of PVdF, 4 parts by mass of acetylene black, and 95 parts by mass of the positive electrode active material were used. rice field.

[比較例4]
アラミド噴射凝固体0.5質量部と、PVdF0.5質量部、アセチレンブラック4質量部、正極活物質95質量部に変更した以外は実施例1と同様にして電極シートを作成し、評価を行った。
[Comparative Example 4]
An electrode sheet was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 0.5 parts by mass of the aramid spray solidified body, 0.5 parts by mass of PVdF, 4 parts by mass of acetylene black, and 95 parts by mass of the positive electrode active material were used. rice field.

Figure 2023026032000001
Figure 2023026032000001

本発明の電極シートは、非水系Liイオン2次電池用正極に適した電極シートである。 The electrode sheet of the present invention is an electrode sheet suitable for positive electrodes for non-aqueous Li-ion secondary batteries.

1 電極活物質
2 アラミドパルプ(幹部分)
3 アラミドパルプ(フィブリル部分)
4 アラミドナノファイバー
1 electrode active material 2 aramid pulp (trunk portion)
3 Aramid pulp (fibril part)
4 Aramid nanofiber

Claims (6)

平均繊維径が100nm以下のアラミドナノファイバーと、フィブリル構造を有するアラミドパルプと、電極活物質と、導電性助剤と、非水系極性溶剤または電解質溶液に溶解可能な溶解性バインダーとを含有する電極シートであって、
アラミドナノファイバーおよびアラミドパルプによって電極活物質が保持されており、アラミドナノファイバーの含有量が電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、アラミドパルプが電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、溶解性バインダーの含有量が電極シートを基準として0.1~1.0重量%であることを特徴とする電極シート。
An electrode containing an aramid nanofiber having an average fiber diameter of 100 nm or less, an aramid pulp having a fibril structure, an electrode active material, a conductive aid, and a soluble binder soluble in a non-aqueous polar solvent or electrolyte solution a sheet,
The electrode active material is held by aramid nanofibers and aramid pulp, the content of aramid nanofibers is 0.05 to 0.9% by weight based on the electrode sheet, and the content of aramid pulp is 0.05% by weight based on the electrode sheet. 05 to 0.9% by weight, and a soluble binder content of 0.1 to 1.0% by weight based on the electrode sheet.
前記アラミドナノファイバーがパラ型全芳香族ポリアミドからなる請求項1記載の電極シート。 2. The electrode sheet according to claim 1, wherein said aramid nanofibers are made of para-type wholly aromatic polyamide. 前記アラミドパルプがパラ型全芳香族ポリアミドからなる請求項1記載の電極シート。 2. The electrode sheet according to claim 1, wherein said aramid pulp comprises a para-type wholly aromatic polyamide. 電極活物質がLi金属酸化物を含む請求項1~3のいずれか1項に記載の電極シート。 The electrode sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode active material contains Li metal oxide. 電極シートがLiイオン2次電池の正極に用いる電極シートである請求項1~4のいずれか1項に記載の電極シート。 The electrode sheet according to any one of claims 1 to 4, which is an electrode sheet used for a positive electrode of a Li-ion secondary battery. 平均繊維径が100nm以下のアラミドナノファイバー、フィブリル構造を有するアラミドパルプ、電極活物質、導電性助剤、非水系極性溶剤または電解質溶液に溶解可能な溶解性バインダーを、非水系極性溶剤または電解質溶液に混合してスラリーとし、これを電極集電体にコーティングし、必要に応じてプレス処理してなる請求項1~5のいずれか1項に記載の電極シートの製造方法。 Aramid nanofibers with an average fiber diameter of 100 nm or less, aramid pulp having a fibril structure, electrode active materials, conductive aids, non-aqueous polar solvents or soluble binders soluble in electrolyte solutions, non-aqueous polar solvents or electrolyte solutions 6. The method for producing an electrode sheet according to any one of claims 1 to 5, wherein a slurry is obtained by mixing the slurry, coating the slurry on an electrode current collector, and pressing if necessary.
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