JP2023027578A - Current collector for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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裕樹 澤田
Yuki Sawada
浩樹 増田
Hiroki Masuda
友季 櫻井
Tomoki Sakurai
優奈 國澤
Yuna Kunisawa
貴大 浦山
Takahiro Urayama
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

To provide a current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery that can reduce the battery resistance of the non-aqueous electrolyte secondary battery and improve safety.SOLUTION: A current collector used for a positive electrode or a negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery includes a resin, and a carbon material having a graphene laminated structure, and in the carbon material, in the X-ray diffraction measurement in a case in which the carbon material and Si are mixed at a weight ratio of 1:1, when the ratio a/b of the highest peak height a in the range of 2θ=24° or more and less than 28° to the highest peak height b in the range of 2θ=28° or more and less than 30° is 0.2 or more and 10.0 or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、非水電解質二次電池用集電体及び該非水電解質二次電池用集電体を用いた非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a current collector for nonaqueous electrolyte secondary batteries and a nonaqueous electrolyte secondary battery using the current collector for nonaqueous electrolyte secondary batteries.

近年、携帯機器、ハイブリッド自動車、電気自動車、家庭用蓄電用途等に向けて、非水電解質二次電池の研究開発が盛んに行われている。このような非水電解質二次電池の正極や負極に用いられる集電体としては、アルミニウム箔や銅箔などの金属箔が知られている。 BACKGROUND ART In recent years, research and development of non-aqueous electrolyte secondary batteries have been vigorously carried out for mobile devices, hybrid vehicles, electric vehicles, household power storage applications, and the like. Metal foils such as aluminum foil and copper foil are known as current collectors used for positive and negative electrodes of such non-aqueous electrolyte secondary batteries.

近年、非水電解質二次電池の正極や負極に用いられる集電体として、樹脂集電体が検討されている。この樹脂集電体は、金属箔と比べて軽量であることから、電池重量を軽量化させることができる。そのため、この樹脂集電体を用いることにより、電池の単位重量当たりの出力、すなわち出力密度の向上が期待されている。 In recent years, resin current collectors have been studied as current collectors used for positive and negative electrodes of non-aqueous electrolyte secondary batteries. Since the resin current collector is lighter than the metal foil, the weight of the battery can be reduced. Therefore, the use of this resin current collector is expected to improve the output per unit weight of the battery, that is, the output density.

例えば、下記の特許文献1には、樹脂組成物を成形した正極用樹脂集電体が開示されている。上記樹脂組成物は、ポリオレフィン樹脂と、ポリオレフィン樹脂中に分散させた導電性フィラーにより構成されている。また、特許文献1では、導電性フィラーとしてカーボンブラックなどの炭素材料が用いられることが記載されている。 For example, Patent Literature 1 below discloses a positive electrode resin current collector formed by molding a resin composition. The resin composition is composed of a polyolefin resin and a conductive filler dispersed in the polyolefin resin. Further, Patent Document 1 describes that a carbon material such as carbon black is used as a conductive filler.

特開2020-102387号公報JP 2020-102387 A

しかしながら、特許文献1のように、導電性フィラーとしてカーボンブラックを用いた樹脂集電体は、金属箔を用いた金属集電体と比較して抵抗が大きいことから、電池抵抗を十分に低められず、所望の電池特性を得ることが難しいという問題がある。一方で、金属集電体は、電池の安全性が十分でないという問題がある。 However, as in Patent Document 1, a resin current collector using carbon black as a conductive filler has a higher resistance than a metal current collector using a metal foil, so the battery resistance can be sufficiently lowered. However, there is a problem that it is difficult to obtain desired battery characteristics. On the other hand, metal current collectors have the problem of insufficient battery safety.

本発明の目的は、非水電解質二次電池の電池抵抗を低めることができ、しかも安全性を向上させることができる、非水電解質二次電池用集電体及び該非水電解質二次電池用集電体を用いた非水電解質二次電池を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a current collector for the non-aqueous electrolyte secondary battery that can reduce the battery resistance of the non-aqueous electrolyte secondary battery and improve the safety. An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery using a conductor.

本発明に係る非水電解質二次電池用集電体は、非水電解質二次電池の正極又は負極に用いられる集電体であって、樹脂と、グラフェン積層構造を有する炭素材料とを含み、前記炭素材料は、前記炭素材料とSiとを重量比1:1で混合した際のX線回折測定において、2θ=24°以上、28°未満の範囲における最も高いピークの高さaと、2θ=28°以上、30°未満の範囲における最も高いピークの高さbとの比a/bが、0.2以上、10.0以下である。 A current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a current collector used for a positive electrode or a negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a resin and a carbon material having a graphene laminated structure, In the X-ray diffraction measurement when the carbon material and Si are mixed at a weight ratio of 1:1, the carbon material has the highest peak height a in the range of 2θ = 24 ° or more and less than 28 ° and 2θ ==28° or more and less than 30°, the ratio a/b to the height b of the highest peak is 0.2 or more and 10.0 or less.

本発明に係る非水電解質二次電池用集電体のある特定の局面では、前記炭素材料のBET比表面積が、20m/g以上、300m/g以下である。 In a specific aspect of the current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the carbon material has a BET specific surface area of 20 m 2 /g or more and 300 m 2 /g or less.

本発明に係る非水電解質二次電池用集電体の他の特定の局面では、前記炭素材料が、端縁から部分的にグラファイトが剥離した構造を有する、部分剥離型薄片化黒鉛である。 In another specific aspect of the current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the carbon material is partially exfoliated graphite having a structure in which graphite is partially exfoliated from edges.

本発明に係る非水電解質二次電池用集電体のさらに他の特定の局面では、前記炭素材料の平均粒子径が、0.05μm以上、10.0μm以下である。 In still another specific aspect of the current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the carbon material has an average particle size of 0.05 μm or more and 10.0 μm or less.

本発明に係る非水電解質二次電池用集電体のさらに他の特定の局面では、前記樹脂が、ポリオレフィン系樹脂、エンジニアリングプラスチック、及びスーパーエンプラからなる群から選択される少なくとも1種である。 In still another specific aspect of the current collector for non-aqueous electrolyte secondary batteries according to the present invention, the resin is at least one selected from the group consisting of polyolefin resins, engineering plastics, and super engineering plastics.

本発明に係る非水電解質二次電池は、本発明に従って構成される非水電解質二次電池用集電体を備える。 A non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery configured according to the present invention.

本発明によれば、非水電解質二次電池の電池抵抗を低めることができ、しかも安全性を向上させることができる、非水電解質二次電池用集電体及び該非水電解質二次電池用集電体を用いた非水電解質二次電池を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a current collector for the non-aqueous electrolyte secondary battery that can reduce the battery resistance of the non-aqueous electrolyte secondary battery and improve safety. A non-aqueous electrolyte secondary battery using a conductor can be provided.

図1は、釘刺し試験の方法を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the nail penetration test method. 図2は、部分剥離型薄片化黒鉛の一例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of partially exfoliated graphite.

以下、本発明の詳細を説明する。 The details of the present invention are described below.

[非水電解質二次電池用集電体]
本発明の非水電解質二次電池用集電体は、非水電解質二次電池の正極又は負極に用いられる集電体である。上記集電体は、樹脂と、グラフェン積層構造を有する炭素材料とを含む、樹脂集電体である。
[Current collector for non-aqueous electrolyte secondary battery]
A current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a current collector used for a positive electrode or a negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery. The current collector is a resin current collector containing a resin and a carbon material having a graphene laminated structure.

本発明において、炭素材料がグラフェン積層構造を有するか否かは、炭素材料のX線回折スペクトルについて、CuKα線(波長1.541Å)を用いて測定したときに、2θ=26°付近のピーク(グラフェン積層構造に由来するピーク)が観察されるか否かにより確認することができる。X線回折スペクトルは、広角X線回折法によって測定することができる。X線回折装置としては、例えば、SmartLab(リガク社製)を用いることができる。 In the present invention, whether or not the carbon material has a graphene laminated structure is determined by measuring the X-ray diffraction spectrum of the carbon material using CuKα rays (wavelength: 1.541 Å), the peak near 2θ = 26° ( It can be confirmed by whether or not a peak derived from the graphene laminated structure) is observed. An X-ray diffraction spectrum can be measured by a wide-angle X-ray diffraction method. As an X-ray diffraction device, for example, SmartLab (manufactured by Rigaku Corporation) can be used.

特に、本発明においては、炭素材料とSiとを重量比1:1で混合した際のX線回折測定において、2θ=24°以上、28°未満の範囲における最も高いピークの高さaと、2θ=28°以上、30°未満の範囲における最も高いピークの高さbとの比a/bが、0.2以上、10.0以下である。なお、Siとしては、例えば、粒径が100nm以下のシリコン粉末を用いることができる。 In particular, in the present invention, in the X-ray diffraction measurement when the carbon material and Si are mixed at a weight ratio of 1:1, the height a of the highest peak in the range of 2θ = 24 ° or more and less than 28 °, The ratio a/b to the height b of the highest peak in the range of 2θ=28° or more and less than 30° is 0.2 or more and 10.0 or less. As Si, for example, silicon powder having a particle size of 100 nm or less can be used.

X線回折スペクトルにおいて、グラファイト構造に由来するピークは、2θ=26.4°付近に現れる。一方、シリコン粉末になどのSiに由来するピークは、2θ=28.5°付近に現れる。従って、上記比a/bは、2θ=26.4°付近のピークと2θ=28.5°付近のピークとのピーク比(2θ=26.4°付近のピーク/2θ=28.5°付近のピーク)により求めることができる。 In the X-ray diffraction spectrum, a peak derived from the graphite structure appears near 2θ=26.4°. On the other hand, a peak derived from Si such as silicon powder appears near 2θ=28.5°. Therefore, the ratio a/b is the peak ratio between the peak near 2θ=26.4° and the peak near 2θ=28.5° (peak near 2θ=26.4°/near 2θ=28.5° peak).

本発明の非水電解質二次電池用集電体は、上記の構成を備えるので、非水電解質二次電池の電池抵抗を低めることができ、しかも安全性を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION Since the collector for non-aqueous electrolyte secondary batteries of this invention is provided with the said structure, the battery resistance of a non-aqueous electrolyte secondary battery can be reduced, and also safety|security can be improved.

従来、カーボンブラックを用いた樹脂集電体は、金属箔を用いた金属集電体と比較して抵抗が大きいことから、電池抵抗を十分に低められず、所望の電池特性を得ることが難しいという問題があった。一方で、金属集電体は、電池の安全性が十分でないという問題があった。 Conventionally, a resin current collector using carbon black has a higher resistance than a metal current collector using metal foil, so the battery resistance cannot be sufficiently lowered, and it is difficult to obtain the desired battery characteristics. There was a problem. On the other hand, metal current collectors have the problem of insufficient battery safety.

これに対して、本発者らは、樹脂集電体に用いられる炭素材料に着目し、特にグラフェン積層構造を有し、しかもX線回折測定により得られた上記比a/bが上記特定の範囲にある炭素材料を用いることにより、非水電解質二次電池の電池抵抗を低めることができ、しかもその安全性を向上させ得ることを見出した。 On the other hand, the present inventors focused on a carbon material used for a resin current collector, particularly having a graphene laminated structure, and furthermore, the ratio a/b obtained by X-ray diffraction measurement was the above-mentioned specific carbon material. It was found that by using a carbon material within the range, the battery resistance of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be lowered, and the safety thereof can be improved.

なお、上記比a/bが上記下限値以上である場合、グラフェン積層構造をより確実に形成することができるので、電子伝導性をより一層高めることができる。そのため、電池抵抗をより一層低めることができる。 In addition, when the ratio a/b is equal to or higher than the lower limit, the graphene laminated structure can be formed more reliably, so that the electron conductivity can be further enhanced. Therefore, battery resistance can be further reduced.

上記比a/bが上記上限値以下である場合、炭素材料の樹脂中への分散性を高めることができるので、電子伝導性をより一層高めることができる。そのため、電池抵抗をより一層低めることができる。 When the ratio a/b is equal to or less than the upper limit, the dispersibility of the carbon material in the resin can be enhanced, so that the electron conductivity can be further enhanced. Therefore, battery resistance can be further reduced.

また、安全性については、図1に示す釘刺し試験により説明することができる。 Moreover, the safety can be explained by the nail penetration test shown in FIG.

図1は、釘刺し試験の方法を説明するための模式図である。なお、図1(a)は、釘刺し試験前の非水電解質二次電池1の模式図である。非水電解質二次電池1では、セパレータ2により正極3及び負極4が隔てられて設けられている。また、正極3及び負極4の上にはそれぞれ集電体5,6が設けられている。また、図1(b)は、釘7を刺した直後の非水電解質二次電池1の模式図であり、図1(c)は、釘7を刺して10秒経過した後の非水電解質二次電池1の模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the nail penetration test method. In addition, Fig.1 (a) is a schematic diagram of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 before a nail penetration test. In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 , a positive electrode 3 and a negative electrode 4 are separated by a separator 2 . Current collectors 5 and 6 are provided on the positive electrode 3 and the negative electrode 4, respectively. FIG. 1(b) is a schematic diagram of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 immediately after the nail 7 has been pierced, and FIG. 1 is a schematic diagram of a secondary battery 1; FIG.

集電体5,6として金属集電体を用いた場合は、図1(c)に示す面方向Xの電子伝導性が高くなるので、釘7を刺した後、電極全体に大電流が流れることがある。これにより、電池が異常発熱し、電池の暴発に繋がる恐れがある。 When metal current collectors are used as the current collectors 5 and 6, the electron conductivity in the plane direction X shown in FIG. Sometimes. This may cause the battery to generate abnormal heat, leading to an accidental discharge of the battery.

これに対して、集電体5,6に本発明の非水電解質二次電池用集電体を用いた場合は、上記比a/bを上記上限値以下に調整することによって、図1(c)に示す面方向Xの電子伝導性を適度に制御することができる。そのため、釘7を刺した後、電極全体に大電流が流れにくく、電池の異常発熱を抑制することができる。これにより、電池の安全性を向上させることができる。 On the other hand, when the current collectors for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention are used as the current collectors 5 and 6, by adjusting the ratio a/b to the upper limit value or less, as shown in FIG. The electron conductivity in the plane direction X shown in c) can be appropriately controlled. Therefore, after the nail 7 is pierced, a large current is less likely to flow through the entire electrode, and abnormal heat generation of the battery can be suppressed. Thereby, the safety of the battery can be improved.

(グラフェン積層構造を有する炭素材料)
グラフェン積層構造を有する炭素材料の形状としては、特に限定されず、二次元に広がっている形状、球状、繊維状、又は不定形状等が挙げられる。上記炭素材料の形状としては、二次元に広がっている形状であることが好ましい。二次元に広がっている形状としては、例えば、鱗片状又は板状(平板状)が挙げられる。このような二次元的に広がっている形状を有する場合、カーボンブラックなどの粒子状炭素材料と比較して、電子伝導パスをより一層容易に形成することができる。そのため、電池抵抗をより一層低めることができる。
(Carbon material having graphene laminated structure)
The shape of the carbon material having a graphene laminated structure is not particularly limited, and examples thereof include a two-dimensionally spreading shape, a spherical shape, a fibrous shape, and an irregular shape. The shape of the carbon material is preferably a shape extending two-dimensionally. Examples of the two-dimensional shape include a scale-like shape and a plate-like shape (flat plate shape). In the case of having such a two-dimensionally spreading shape, an electron conducting path can be formed more easily than a particulate carbon material such as carbon black. Therefore, battery resistance can be further reduced.

グラフェン積層構造を有する炭素材料としては、例えば、黒鉛又は薄片化黒鉛などが挙げられる。 Carbon materials having a graphene laminated structure include, for example, graphite and exfoliated graphite.

黒鉛とは、複数のグラフェンシートの積層体である。黒鉛のグラフェンシートの積層数は、通常、10万層~100万層程度である。黒鉛としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛又は膨張黒鉛などを用いることができる。 Graphite is a laminate of multiple graphene sheets. The number of laminated graphene sheets of graphite is usually about 100,000 to 1,000,000. As graphite, for example, natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, or the like can be used.

薄片化黒鉛とは、元の黒鉛を剥離処理して得られるものであり、元の黒鉛よりも薄いグラフェンシート積層体をいう。薄片化黒鉛におけるグラフェンシートの積層数は、元の黒鉛より少なければよい。なお、薄片化黒鉛は、酸化薄片化黒鉛であってもよい。 Exfoliated graphite is obtained by exfoliating the original graphite, and refers to a graphene sheet laminate thinner than the original graphite. The number of laminated graphene sheets in exfoliated graphite should be less than that in the original graphite. The exfoliated graphite may be oxidized exfoliated graphite.

薄片化黒鉛において、グラフェンシートの積層数は、特に限定されないが、好ましくは2層以上、より好ましくは5層以上、好ましくは3000層以下、より好ましくは1000層以下、さらに好ましくは500層以下である。グラフェンシートの積層数が上記下限以上である場合、薄片化黒鉛の導電性をより一層高めることができる。グラフェンシートの積層数が上記上限以下である場合、薄片化黒鉛の比表面積をより一層大きくすることができる。 In exfoliated graphite, the number of laminated graphene sheets is not particularly limited, but is preferably 2 layers or more, more preferably 5 layers or more, preferably 3000 layers or less, more preferably 1000 layers or less, and still more preferably 500 layers or less. be. When the number of laminated graphene sheets is equal to or more than the above lower limit, the conductivity of exfoliated graphite can be further enhanced. When the number of laminated graphene sheets is equal to or less than the above upper limit, the specific surface area of exfoliated graphite can be further increased.

また、薄片化黒鉛は、端縁から部分的にグラファイトが剥離されている構造を有する、部分剥離型薄片化黒鉛であることが好ましい。部分剥離型薄片化黒鉛では、カーボンブラックなどの粒子状炭素材料と比較して、電子伝導パスをより一層容易に形成することができる。また、部分剥離型薄片化黒鉛が、樹脂残存型の部分剥離型薄片化黒鉛である場合、カーボンブラックなどのように樹脂中で凝集しにくく、樹脂中に電子伝導パスをより均一に形成することができる。また、部分剥離型薄片化黒鉛は、カーボンブラックなどと比較して、それ自体が電子伝導性に優れている。そのため、グラフェン積層構造を有する炭素材料として、部分剥離型薄片化黒鉛を用いた場合、電池抵抗をより一層低めることができる。 Further, the exfoliated graphite is preferably partially exfoliated graphite having a structure in which graphite is partially exfoliated from edges. With partially exfoliated graphite, electron conduction paths can be formed more easily than with particulate carbon materials such as carbon black. In addition, when the partially exfoliated graphite is resin-retained partially exfoliated graphite, unlike carbon black, it is difficult to aggregate in the resin, and the electron conduction paths are formed more uniformly in the resin. can be done. In addition, partially exfoliated graphite itself has excellent electron conductivity compared to carbon black or the like. Therefore, when partially exfoliated graphite is used as the carbon material having a graphene laminated structure, the battery resistance can be further reduced.

「部分的にグラファイトが剥離されている」構造の一例としては、グラフェンの積層体において、端縁からある程度内側までグラフェン層間が開いており、すなわち端縁にてグラファイトの一部が剥離しており、中央側の部分ではグラファイト層が元の黒鉛又は一次薄片化黒鉛と同様に積層している構造が挙げられる。この場合、端縁にてグラファイトの一部が剥離している部分は、中央側の部分に連なっている。さらに、部分剥離型薄片化黒鉛には、端縁のグラファイトが剥離され薄片化されたものが含まれていてもよい。 As an example of a structure in which graphite is partially exfoliated, in a graphene laminate, the graphene layers are open from the edge to the inside to some extent, that is, part of the graphite is exfoliated at the edge. , and a structure in which graphite layers are laminated in the same manner as the original graphite or primary exfoliated graphite in the central portion. In this case, the part where the graphite is partly peeled off at the edge continues to the part on the central side. Furthermore, the partially exfoliated graphite may include exfoliated graphite at the edges.

部分剥離型薄片化黒鉛は、中央側の部分において、グラファイト層が元の黒鉛又は一次薄片化黒鉛と同様に積層している。そのため、従来の酸化グラフェンやカーボンブラックより黒鉛化度が高く、導電性に優れている。また、部分的にグラファイトが剥離されている構造を有することから、比表面積が大きい。 In the partially exfoliated graphite, graphite layers are laminated in the same manner as the original graphite or primary exfoliated graphite in the central portion. Therefore, it has a higher degree of graphitization than conventional graphene oxide and carbon black, and has excellent conductivity. Moreover, since it has a structure in which graphite is partially exfoliated, it has a large specific surface area.

図2は、部分剥離型薄片化黒鉛の一例を示す模式図である。図2に示すように、部分剥離型薄片化黒鉛10では、エッジ部11が剥離されている構造を有する。一方、中央部12では、元の黒鉛又は一次薄片化黒鉛と同様のグラファイト構造を有する。また、エッジ部11において、剥離されているグラフェン層間に樹脂13が配置されている。なお、樹脂13は、完全除去されていてもよい。もっとも、樹脂中に電子伝導パスをより均一に形成する観点からは、図2に示すように、樹脂残存型の部分剥離型薄片化黒鉛であることが好ましい。 FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of partially exfoliated graphite. As shown in FIG. 2, the partially exfoliated graphite 10 has a structure in which the edge portions 11 are exfoliated. On the other hand, the central portion 12 has the same graphite structure as the original graphite or primary exfoliated graphite. Also, in the edge portion 11, the resin 13 is arranged between the separated graphene layers. Incidentally, the resin 13 may be completely removed. However, from the viewpoint of forming more uniform electron conduction paths in the resin, as shown in FIG. 2, resin-retained partially exfoliated graphite is preferable.

部分剥離型薄片化黒鉛におけるグラフェン積層数は、2層以上、3000層以下であることが好ましく、5層以上、1000層以下であることがより好ましく、10層以上、500層以下であることがさらに好ましい。グラフェン積層数が上記範囲内にある場合、非水電解質二次電池の電池抵抗をより一層低めることができる。 The number of graphene layers in the partially exfoliated graphite is preferably 2 or more and 3000 or less, more preferably 5 or more and 1000 or less, and 10 or more and 500 or less. More preferred. When the number of graphene layers is within the above range, the battery resistance of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be further reduced.

グラフェン積層数の算出方法は、特に限定されないが、透過型電子顕微鏡(TEM)等で目視観察することによって算出することができる。 Although the method for calculating the number of graphene layers is not particularly limited, it can be calculated by visual observation using a transmission electron microscope (TEM) or the like.

部分剥離型薄片化黒鉛は、例えば、黒鉛または一次薄片化黒鉛と、樹脂とを含み、樹脂が黒鉛または一次薄片化黒鉛にグラフトまたは吸着により固定されている組成物を用意し、該組成物中に含まれている樹脂を、熱分解することにより得ることができる。なお、樹脂を熱分解させる際には、樹脂の一部を残存させながら熱分解してもよいし、樹脂を完全に熱分解してもよい。 Partially exfoliated graphite, for example, comprises graphite or primary exfoliated graphite and a resin, and prepares a composition in which the resin is fixed to graphite or primary exfoliated graphite by grafting or adsorption, and can be obtained by thermally decomposing the resin contained in When the resin is thermally decomposed, the resin may be thermally decomposed while a part of the resin remains, or the resin may be thermally decomposed completely.

部分剥離型薄片化黒鉛は、例えば、国際公開第2014/034156号に記載の薄片化黒鉛・樹脂複合材料の製造方法と同様の方法で製造することができる。また、黒鉛としては、より一層容易にグラファイトを剥離することが可能であることから、膨張黒鉛を使用することが好ましい。あるいは、黒鉛化度が高いことによって、導電性がより一層高いという観点からは、人造黒鉛を用いることが好ましい。また、樹脂を熱分解させる際には、樹脂の一部を残存させながら熱分解してもよいし、樹脂を完全に熱分解してもよい。 Partially exfoliated graphite can be produced, for example, by a method similar to the method for producing an exfoliated graphite-resin composite material described in WO 2014/034156. Further, as the graphite, it is preferable to use expanded graphite because it is possible to exfoliate the graphite more easily. Alternatively, it is preferable to use artificial graphite from the viewpoint that the degree of graphitization is high and the conductivity is even higher. When the resin is thermally decomposed, the resin may be thermally decomposed while a part of the resin remains, or the resin may be thermally decomposed completely.

また、一次薄片化黒鉛とは、各種方法により黒鉛を剥離することにより得られた薄片化黒鉛を広く含むものとする。一次薄片化黒鉛は、部分剥離型薄片化黒鉛であってもよい。一次薄片化黒鉛は、黒鉛を剥離することにより得られるものであるため、その比表面積は、黒鉛よりも大きいものであればよい。 In addition, primary exfoliated graphite broadly includes exfoliated graphite obtained by exfoliating graphite by various methods. The primary exfoliated graphite may be partially exfoliated graphite. Since primary exfoliated graphite is obtained by exfoliating graphite, the specific surface area thereof should be larger than that of graphite.

使用する黒鉛又は一次薄片化黒鉛は、薄層化処理を施したものであってもよい。薄層化処理に用いる装置の例としては、乾式微粒化装置、湿式微粒化装置、高圧乳化装置、真空乳化装置、真空ビーズミル、撹拌装置が挙げられる。 The graphite or primary exfoliated graphite to be used may be one subjected to layer thinning treatment. Examples of devices used for the thinning process include dry atomization devices, wet atomization devices, high-pressure emulsification devices, vacuum emulsification devices, vacuum bead mills, and stirring devices.

上記樹脂の熱分解における加熱の温度としては、樹脂の種類にもより特に限定されないが、例えば、250℃~1000℃とすることができる。加熱時間としては、例えば、10分~5時間とすることができる。また、上記加熱は、大気中で行ってもよく、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。もっとも、得られる部分剥離型薄片化黒鉛の導電性をより一層高める観点からは、上記加熱を窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行うことが望ましい。 The heating temperature for the thermal decomposition of the resin is not particularly limited depending on the type of resin, but can be, for example, 250°C to 1000°C. The heating time can be, for example, 10 minutes to 5 hours. Moreover, the heating may be performed in the air or in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen gas. However, from the viewpoint of further increasing the conductivity of the obtained partially exfoliated graphite, it is desirable to perform the heating in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen gas.

樹脂としては、特に限定されないが、ラジカル重合性モノマーの重合体であることが好ましい。この場合、1種のラジカル重合性モノマーの単独重合体であってもよく、複数種のラジカル重合性モノマーの共重合体であってもよい。ラジカル重合性モノマーは、ラジカル重合性の官能基を有するモノマーである限り、特に限定されない。 Although the resin is not particularly limited, it is preferably a polymer of radically polymerizable monomers. In this case, it may be a homopolymer of one radically polymerizable monomer or a copolymer of a plurality of radically polymerizable monomers. The radically polymerizable monomer is not particularly limited as long as it is a monomer having a radically polymerizable functional group.

ラジカル重合性モノマーとしては、例えば、スチレン、α-エチルアクリル酸メチル、α-ベンジルアクリル酸メチル、α-[2,2-ビス(カルボメトキシ)エチル]アクリル酸メチル、イタコン酸ジブチル、イタコン酸ジメチル、イタコン酸ジシクロヘキシル、α-メチレン-δ-バレロラクトン、α-メチルスチレン、α-アセトキシスチレンからなるα-置換アクリル酸エステル、グリシジルメタクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、4-ヒドロキシブチルメタクリレートなどのグリシジル基や水酸基を持つビニルモノマー;アリルアミン、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートのようなアミノ基を有するビニルモノマー、メタクリル酸、無水マレイン酸、マレイン酸、イタコン酸、アクリル酸、クロトン酸、2-アクリロイルオキシエチルサクシネート、2-メタクリロイルオキシエチルサクシネート、2-メタクリロイロキシエチルフタル酸などのカルボキシル基を有するモノマー;ユニケミカル社製、ホスマー(登録商標)M、ホスマー(登録商標)CL、ホスマー(登録商標)PE、ホスマー(登録商標)MH、ホスマー(登録商標)PPなどのリン酸基を有するモノマー;ビニルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのアルコキシシリル基を有するモノマー;アルキル基やベンジル基などを有する(メタ)アクリレート系モノマーなどが挙げられる。 Examples of radically polymerizable monomers include styrene, methyl α-ethylacrylate, methyl α-benzylacrylate, methyl α-[2,2-bis(carbomethoxy)ethyl]acrylate, dibutyl itaconate, and dimethyl itaconate. , dicyclohexyl itaconate, α-methylene-δ-valerolactone, α-methylstyrene, α-substituted acrylic acid ester consisting of α-acetoxystyrene, glycidyl methacrylate, 3,4-epoxycyclohexylmethyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxy vinyl monomers having a glycidyl group or a hydroxyl group such as ethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate and 4-hydroxybutyl methacrylate; vinyl monomers and methacryl having an amino group such as allylamine, diethylaminoethyl (meth)acrylate and dimethylaminoethyl (meth)acrylate acid, maleic anhydride, maleic acid, itaconic acid, acrylic acid, crotonic acid, 2-acryloyloxyethyl succinate, 2-methacryloyloxyethyl succinate, 2-methacryloyloxyethyl phthalic acid and other monomers having a carboxyl group; Phosmer (registered trademark) M, Phosmer (registered trademark) CL, Phosmer (registered trademark) PE, Phosmer (registered trademark) MH, Phosmer (registered trademark) PP manufactured by Unichemical Co., Ltd.; monomers having an alkoxysilyl group such as methoxysilane and 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane; and (meth)acrylate monomers having an alkyl group or a benzyl group.

用いられる樹脂の例としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリグリシジルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール(ブチラール樹脂)、ポリ(メタ)アクリレート、ポリスチレン、ポリエステルなどが挙げられる。 Examples of resins used include polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyglycidyl methacrylate, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral (butyral resin), poly(meth)acrylate, polystyrene, polyester and the like.

上記樹脂の中でも、好ましくはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール(ブチラール樹脂)を用いることができる。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール(ブチラール樹脂)を用いた場合、部分剥離型薄片化黒鉛の比表面積をより一層大きくすることができる。なお、樹脂種は使用する溶媒との親和性を鑑み、適宜選定を行うことが可能である。 Among the above resins, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, and polyvinyl butyral (butyral resin) can be preferably used. When polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, or polyvinyl butyral (butyral resin) is used, the specific surface area of the partially exfoliated graphite can be further increased. Incidentally, the resin species can be appropriately selected in view of the affinity with the solvent to be used.

黒鉛または一次薄片化黒鉛に固定されている熱分解前の樹脂の含有量は、樹脂分を除く黒鉛または一次薄片化黒鉛100重量部に対し、好ましくは1重量部以上、より好ましくは10重量部以上、好ましくは1000重量部以下、より好ましくは500重量部以下である。熱分解前の樹脂の含有量が上記下限値以上である場合、熱分解後の残存樹脂の含有量をより一層制御しやすい。また、熱分解前の樹脂の含有量が上記上限値以下である場合、コスト的により一層有利である。 The content of the resin fixed to the graphite or primary exfoliated graphite before pyrolysis is preferably 1 part by weight or more, more preferably 10 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of graphite or primary exfoliated graphite excluding the resin content. Above, preferably 1000 parts by weight or less, more preferably 500 parts by weight or less. When the content of the resin before thermal decomposition is equal to or higher than the above lower limit, it is easier to control the content of the residual resin after thermal decomposition. Moreover, when the content of the resin before thermal decomposition is equal to or less than the above upper limit, it is more advantageous in terms of cost.

熱分解後の残存樹脂の含有量は、樹脂分を含む部分剥離型薄片化黒鉛100重量部に対し、好ましくは0.5重量部以上、より好ましくは1重量部以上、好ましくは800重量部以下、より好ましくは400重量部以下である。残存樹脂の含有量が上記下限値以上である場合、樹脂中に電子伝導パスをより均一に形成することができる。また、残存樹脂の含有量が上記上限値以下である場合、部分剥離型薄片化黒鉛そのものの電子伝導性をより一層高めることができる。 The content of the residual resin after thermal decomposition is preferably 0.5 parts by weight or more, more preferably 1 part by weight or more, and preferably 800 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the partially exfoliated graphite containing the resin content. , more preferably 400 parts by weight or less. When the content of the residual resin is equal to or higher than the above lower limit, electron conduction paths can be formed more uniformly in the resin. Further, when the content of the residual resin is equal to or less than the above upper limit, the electronic conductivity of the partially exfoliated graphite itself can be further enhanced.

なお、熱分解前の樹脂の含有量及び熱分解後の残存樹脂の含有量は、例えば熱重量分析(以下、TG)によって加熱温度に伴う重量変化を測定し、算出することができる。 The content of the resin before thermal decomposition and the content of the residual resin after thermal decomposition can be calculated by, for example, thermogravimetric analysis (hereinafter referred to as TG) measuring the weight change accompanying the heating temperature.

部分剥離型薄片化黒鉛を製造するに際しては、さらにガス賦活処理を施し、細孔を形成してもよい。ガス賦活処理により、残存樹脂が炭化していてもよい。ガス賦活処理の例としては、水蒸気賦活、二酸化炭素賦活、酸素賦活が挙げられる。 When producing partially exfoliated graphite, gas activation treatment may be further performed to form pores. The residual resin may be carbonized by the gas activation treatment. Examples of gas activation treatments include steam activation, carbon dioxide activation, and oxygen activation.

ガス賦活処理の温度としては、例えば、400℃~950℃とすることができる。また、その温度における保持時間は、例えば、15分~3時間とすることができる。なかでも、ガス賦活処理の温度としては、低酸素雰囲気下の場合は400℃~600℃であることが好ましく、二酸化炭素雰囲気下の場合は800℃~1000℃であることが好ましい。また、その温度における保持時間は、30分~2時間であることが好ましい。 The temperature of the gas activation treatment can be, for example, 400.degree. C. to 950.degree. Also, the holding time at that temperature can be, for example, 15 minutes to 3 hours. Above all, the temperature of the gas activation treatment is preferably 400° C. to 600° C. in a low oxygen atmosphere, and preferably 800° C. to 1000° C. in a carbon dioxide atmosphere. The holding time at that temperature is preferably 30 minutes to 2 hours.

また、得られた部分剥離型薄片化黒鉛は、例えば、ミルミキサー、ブレンダーミル、ジェットミルやボールミルなどのミルによる粉砕、分級、あるいは、水や、メタノール、エタノール、N-メチルピロリドン(NMP)に代表される有機溶媒に入れた後に超音波処理をして用いてもよい。例えば、ミキサーで粉砕する場合は、粉砕時間により粒径を調整することができる。 In addition, the obtained partially exfoliated graphite can be pulverized by mills such as mill mixers, blender mills, jet mills and ball mills, classified, or added to water, methanol, ethanol, N-methylpyrrolidone (NMP). It may be used after being placed in a representative organic solvent and then subjected to ultrasonic treatment. For example, when pulverizing with a mixer, the particle size can be adjusted by adjusting the pulverization time.

なお、グラフェン積層構造を有する炭素材料が、部分剥離型薄片化黒鉛である場合、X線回折法により測定される上記比a/bは、例えば、熱分解前の樹脂の量や、熱分解に用いる樹脂の種類、熱分解時の加熱温度及び加熱時間、酸素濃度などにより調整することができる。具体的には、熱分解前の樹脂の量を少なくしたり、熱分解時の加熱時間を短くしたり、加熱温度を低くしたり、酸素濃度を多くすることにより、上記比a/bを大きくすることができる。 When the carbon material having a graphene laminated structure is partially exfoliated graphite, the ratio a/b measured by the X-ray diffraction method is, for example, the amount of resin before pyrolysis, or the amount of resin before pyrolysis. It can be adjusted by the type of resin used, the heating temperature and heating time during thermal decomposition, the oxygen concentration, and the like. Specifically, the ratio a/b is increased by reducing the amount of resin before thermal decomposition, shortening the heating time during thermal decomposition, lowering the heating temperature, and increasing the oxygen concentration. can do.

本発明において、グラフェン積層構造を有する炭素材料のBET比表面積は、特に限定されないが、好ましくは20m/g以上、より好ましくは30m/g以上、好ましくは300m/g以下、より好ましくは200m/g以下である。グラフェン積層構造を有する炭素材料のBET比表面積が上記範囲内にある場合、電池抵抗をより一層低めることができる。 In the present invention, the BET specific surface area of the carbon material having a graphene laminated structure is not particularly limited, but is preferably 20 m 2 /g or more, more preferably 30 m 2 /g or more, preferably 300 m 2 /g or less, and more preferably 200 m 2 /g or less. When the BET specific surface area of the carbon material having the graphene laminated structure is within the above range, the battery resistance can be further reduced.

上記BET比表面積は、BET法に準拠して、窒素の吸着等温線から測定することができる。測定装置としては、例えば、島津製作所社製、品番「ASAP-2000」を用いることができる。 The BET specific surface area can be measured from a nitrogen adsorption isotherm according to the BET method. As a measuring device, for example, Shimadzu Corporation's product number "ASAP-2000" can be used.

本発明において、グラフェン積層構造を有する炭素材料の平均粒子径は、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm以上、好ましくは10.0μm以下、より好ましくは7.0μm以下である。グラフェン積層構造を有する炭素材料の平均粒子径が上記範囲内にある場合、電池抵抗をより一層低めることができる。なお、炭素材料の平均粒子径は、例えば、マイクロトラックベル社製、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置により測定した体積平均粒子径(D50)により求めることができる。 In the present invention, the average particle size of the carbon material having a graphene laminated structure is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, preferably 10.0 μm or less, and more preferably 7.0 μm or less. When the average particle size of the carbon material having the graphene laminated structure is within the above range, the battery resistance can be further reduced. The average particle size of the carbon material can be determined, for example, from the volume average particle size (D50) measured by a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer manufactured by Microtrack Bell.

グラフェン積層構造を有する炭素材料の含有量は、非水電解質二次電池用集電体全量に対し、好ましくは1.0重量%以上、より好ましくは5.0重量%以上、好ましくは80重量%以下、より好ましくは60重量%以下である。グラフェン積層構造を有する炭素材料の含有量が上記範囲内にある場合、電池抵抗をより一層低めることができる。 The content of the carbon material having a graphene laminated structure is preferably 1.0% by weight or more, more preferably 5.0% by weight or more, and preferably 80% by weight, based on the total amount of the current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery. 60% by weight or less, more preferably 60% by weight or less. When the content of the carbon material having a graphene laminated structure is within the above range, the battery resistance can be further reduced.

(他の炭素材料)
本発明の非水電解質二次電池用集電体は、上記グラフェン積層構造を有する炭素材料を第1の炭素材料としたときに、第1の炭素材料とは異なる第2の炭素材料を含んでいてもよい。
(Other carbon materials)
The current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention contains a second carbon material different from the first carbon material when the carbon material having the graphene laminated structure is used as the first carbon material. You can

第2の炭素材料としては、特に限定されないが、例えば、グラフェン、粒状黒鉛化合物、繊維状黒鉛化合物、カーボンブラック、又は活性炭が挙げられる。なかでも、電池抵抗をより一層低める観点から、第2の炭素材料は、カーボンブラックであることが好ましい。 Examples of the second carbon material include, but are not limited to, graphene, granular graphite compounds, fibrous graphite compounds, carbon black, or activated carbon. Among them, from the viewpoint of further lowering the battery resistance, the second carbon material is preferably carbon black.

上記グラフェンは、酸化グラフェンであってもよいし、酸化グラフェンを還元したものであってもよい。 The graphene may be graphene oxide or reduced graphene oxide.

上記粒状黒鉛化合物としては、特に限定されず、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、又は膨張黒鉛などが挙げられる。 The particulate graphite compound is not particularly limited, and examples thereof include natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, and the like.

上記カーボンブラックとしては、特に限定されず、例えば、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、又はアセチレンブラックなどが挙げられる。 The carbon black is not particularly limited, and examples thereof include furnace black, ketjen black, acetylene black, and the like.

これらの第2の炭素材料は、1種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。 These second carbon materials may be used singly or in combination.

第2の炭素材料のBET比表面積は、好ましくは5m/g以上、より好ましくは10m/g以上、好ましくは2500m/g以下、より好ましくは2000m/g以下である。第2の炭素材料のBET比表面積が上記範囲内にある場合、電池抵抗をより一層低めることができる。 The BET specific surface area of the second carbon material is preferably 5 m 2 /g or more, more preferably 10 m 2 /g or more, preferably 2500 m 2 /g or less, more preferably 2000 m 2 /g or less. When the BET specific surface area of the second carbon material is within the above range, the battery resistance can be further reduced.

第2の炭素材料の平均粒子径は、好ましくは30nm以上、より好ましくは50nm以上、好ましくは1000nm以下、より好ましくは800nm以下である。第2の炭素材料の平均粒子径が上記範囲内にある場合、電池抵抗をより一層低めることができる。なお、第2の炭素材料の平均粒子径は、SEM(走査型電子顕微鏡)から各粒子の大きさを測定し、平均粒子径を算出した値である。 The average particle size of the second carbon material is preferably 30 nm or more, more preferably 50 nm or more, preferably 1000 nm or less, and more preferably 800 nm or less. When the average particle size of the second carbon material is within the above range, the battery resistance can be further reduced. The average particle size of the second carbon material is a value obtained by measuring the size of each particle using a SEM (scanning electron microscope) and calculating the average particle size.

第2の炭素材料の含有量は、非水電解質二次電池用集電体全量に対し、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上、好ましくは80重量%以下、より好ましくは60重量%以下である。第2の炭素材料の含有量が上記範囲内にある場合、電池抵抗をより一層低めることができる。 The content of the second carbon material is preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, preferably 80% by weight or less, more preferably 60% by weight, based on the total amount of the current collector for non-aqueous electrolyte secondary batteries. % by weight or less. When the content of the second carbon material is within the above range, the battery resistance can be further reduced.

なお、第1の炭素材料と、第2の炭素材料とは、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などにより区別することができる。 The first carbon material and the second carbon material can be distinguished from each other by, for example, scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM).

(樹脂)
本発明の非水電解質二次電池用集電体は、樹脂を含む。なお、ここでいう樹脂は、非水電解質二次電池用集電体のマトリクスとなる樹脂である。本発明においては、この樹脂中にグラフェン積層構造を有する炭素材料が分散されていることが望ましい。
(resin)
A current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention contains a resin. In addition, resin here is resin used as the matrix of the collector for nonaqueous electrolyte secondary batteries. In the present invention, it is desirable that a carbon material having a graphene laminated structure is dispersed in this resin.

樹脂としては、1族又は2族のイオン伝導性を有さない樹脂であれば、特に限定はされず、例えば、ポリオレフィン系樹脂、エンジニアリングプラスチック、スーパーエンプラ等が挙げられる。これらの樹脂は、1種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。 The resin is not particularly limited as long as it is a group 1 or group 2 resin that does not have ion conductivity, and examples thereof include polyolefin resins, engineering plastics, and super engineering plastics. These resins may be used individually by 1 type, and may use multiple types together.

ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンが挙げられる。 Examples of polyolefin resins include polypropylene and polyethylene.

エンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタラート、超高分子量ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。 Engineering plastics include, for example, polyamide, polyacetal, polycarbonate, polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, ultra-high molecular weight polyethylene, and polyvinylidene fluoride.

スーパーエンプラとしては、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。 Examples of super engineering plastics include polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyamideimide, polyetherimide, polyetheretherketone, polyimide, and polytetrafluoroethylene.

これらの樹脂のうち、シート状により成形しやすいことから、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンエーテル、超高分子量ポリエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミドであることが好ましい。また、これらの樹脂のうち、コスト的により優位であることから、ポリプロピレン、ポリエチレン、超高分子量ポリエチレンであることがより好ましい。 Among these resins, polypropylene, polyethylene, polyphenylene ether, ultra-high molecular weight polyethylene, polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyether ether ketone, and polyimide are preferable because they are easy to mold in sheet form. . Among these resins, polypropylene, polyethylene, and ultra-high molecular weight polyethylene are more preferable because they are superior in terms of cost.

樹脂の含有量は、非水電解質二次電池用集電体全量に対し、好ましくは20重量%以上、より好ましくは40重量%以上、好ましくは99重量%以下、より好ましくは95重量%以下である。樹脂の含有量が上記下限値以上である場合、電池重量をより一層軽量化させることができる。また、樹脂の含有量が上記上限値以下である場合、電池抵抗をより一層低めることができる。 The content of the resin is preferably 20% by weight or more, more preferably 40% by weight or more, preferably 99% by weight or less, and more preferably 95% by weight or less, relative to the total amount of the current collector for non-aqueous electrolyte secondary batteries. be. When the resin content is equal to or higher than the above lower limit, the weight of the battery can be further reduced. Moreover, when the content of the resin is equal to or less than the above upper limit value, the battery resistance can be further reduced.

(非水電解質二次電池用集電体)
非水電解質二次電池用集電体は、例えば、樹脂と、グラフェン積層構造を有する炭素材料とを含む、樹脂組成物を溶融混錬させ、成形することにより製造することができる。例えば、押出機を用いて、上記樹脂組成物を溶融混錬させ、フィルム状に成形することにより得ることができる。また、溶剤に溶解させた樹脂と、グラフェン積層構造を有する炭素材料とを含む、樹脂組成物のスラリーをキャスト法にて、フィルム状に成形することにより得ることができる。上記溶剤としては、例えば、ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、メタノール等のアルコール類、水等が挙げられる。
(Current collector for non-aqueous electrolyte secondary battery)
A current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery can be produced, for example, by melt-kneading and molding a resin composition containing a resin and a carbon material having a graphene laminated structure. For example, it can be obtained by melt-kneading the resin composition using an extruder and molding it into a film. Alternatively, it can be obtained by molding a slurry of a resin composition containing a resin dissolved in a solvent and a carbon material having a graphene laminated structure into a film by a casting method. Examples of the solvent include dimethylsulfoxide, N,N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, alcohols such as methanol, and water.

溶融混錬の温度は、樹脂が溶融する温度以上、分解する温度以下であればよく、例えば、100℃以上、300℃以下とすることができる。また、溶融混錬の時間は、例えば、1分以上、5時間以下とすることができる。 The melt-kneading temperature may be higher than the temperature at which the resin melts and lower than the temperature at which the resin is decomposed. Moreover, the time for melting and kneading can be, for example, 1 minute or more and 5 hours or less.

非水電解質二次電池用集電体の厚みは、特に限定されないが、例えば、5μm以上、100μm以下とすることができる。 The thickness of the current collector for non-aqueous electrolyte secondary batteries is not particularly limited, but can be, for example, 5 μm or more and 100 μm or less.

[非水電解質二次電池]
本発明の非水電解質二次電池は、アルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンの挿入及び脱離反応が進行する化合物を用いられたものであればよい。アルカリ金属イオンとしては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、又はカリウムイオンが例示される。アルカリ土類金属イオンとしては、カルシウムイオン又はマグネシウムイオンが例示される。特に、リチウムイオンを用いたリチウムイオン二次電池を好適に用いることができる。
[Non-aqueous electrolyte secondary battery]
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be one that uses a compound that allows the insertion and elimination reactions of alkali metal ions or alkaline earth metal ions to proceed. Alkali metal ions are exemplified by lithium ions, sodium ions, or potassium ions. Examples of alkaline earth metal ions include calcium ions and magnesium ions. In particular, a lithium ion secondary battery using lithium ions can be suitably used.

(集電体)
本発明の非水電解質二次電池は、上述した本発明の非水電解質二次電池用集電体を備える。そのため、本発明の非水電解質二次電池では、電池抵抗を低めることができ、しかも電池の安全性を向上させることができる。なお、本発明の非水電解質二次電池用集電体は、非水電解質二次電池の正極及び負極のうち少なくとも一方に設けられればよいが、正極及び負極の双方に設けられることが望ましい。
(current collector)
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes the current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention described above. Therefore, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the battery resistance can be lowered and the safety of the battery can be improved. The current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be provided on at least one of the positive electrode and the negative electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery, but is preferably provided on both the positive electrode and the negative electrode.

(正極)
本発明の非水電解質二次電池に用いられる正極は、特に限定されず、例えば、正極活物質と、導電助剤とを含む電極を用いることができる。
(positive electrode)
The positive electrode used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and for example, an electrode containing a positive electrode active material and a conductive aid can be used.

本発明の非水電解質二次電池がリチウムイオン二次電池である場合、正極活物質としては、例えば、リチウム金属酸化物、リチウム硫化物、又は硫黄が挙げられる。 When the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a lithium ion secondary battery, examples of the positive electrode active material include lithium metal oxide, lithium sulfide, and sulfur.

リチウム金属酸化物としては、スピネル構造、層状岩塩構造、若しくはオリビン構造を有するもの、又はこれらの混合物が挙げられる。 Lithium metal oxides include those having a spinel structure, layered rock salt structure, olivine structure, or mixtures thereof.

スピネル構造を有するリチウム金属酸化物としては、マンガン酸リチウムなどが例示される。 Lithium manganate etc. are illustrated as a lithium metal oxide which has a spinel structure.

層状岩塩構造を有するリチウム金属酸化物としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、三元系などが例示される。 Examples of lithium metal oxides having a layered rock salt structure include lithium cobaltate, lithium nickelate, and ternary systems.

オリビン構造を有するリチウム金属酸化物としては、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガン鉄リチウム、リン酸マンガンリチウムなどが例示される。 Examples of lithium metal oxides having an olivine structure include lithium iron phosphate, lithium manganese iron phosphate, and lithium manganese phosphate.

導電助剤としては、特に限定されず、グラフェン、粒状黒鉛化合物、繊維状黒鉛化合物、カーボンブラック、又は活性炭等を用いることができる。また、導電助剤として、黒鉛、薄片化黒鉛、又は上述した部分剥離型薄片化黒鉛を用いてもよい。 The conductive aid is not particularly limited, and graphene, granular graphite compound, fibrous graphite compound, carbon black, activated carbon, or the like can be used. Graphite, exfoliated graphite, or partially exfoliated graphite described above may also be used as the conductive aid.

(負極)
本発明の非水電解質二次電池に用いる負極は、特に限定されないが、天然黒鉛、人造黒鉛、ハードカーボン、金属酸化物、チタン酸リチウム、又はシリコン系などの負極活物質を含むものを用いることができる。
(negative electrode)
The negative electrode used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but one containing a negative electrode active material such as natural graphite, artificial graphite, hard carbon, metal oxide, lithium titanate, or silicon is used. can be done.

(セパレータ)
本発明の非水電解質二次電池に用いるセパレータは、正極と負極との間に設置され、絶縁性かつ後述の非水電解質を含むことができる構造であればよい。このようなセパレータとしては、例えば、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリポロピレン、ポリブテン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタラートが挙げられる。また、これらを2種類以上複合したものの織布、不織布、微多孔膜などが挙げられる。
(separator)
The separator used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be placed between the positive electrode and the negative electrode, and has insulating properties and a structure capable of containing the later-described non-aqueous electrolyte. Examples of such separators include nylon, cellulose, polysulfone, polyethylene, polypropylene, polybutene, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, and polyethylene terephthalate. In addition, woven fabrics, non-woven fabrics, microporous membranes, etc., which are composites of two or more of these, can also be mentioned.

セパレータには、各種可塑剤、酸化防止剤、難燃剤が含まれてもよいし、金属酸化物等で被覆されていてもよい。 The separator may contain various plasticizers, antioxidants, and flame retardants, or may be coated with metal oxide or the like.

セパレータの厚みは、特に限定されないが、5μm以上、100μm以下であることが好ましい。セパレータの厚みが上記下限値以上である場合、正極と負極とをより接触し難くすることができる。セパレータの厚みが上限値以下である場合、電池抵抗をより一層低めることができる。なお、経済性、取り扱い性の観点から、セパレータの厚みは、10μm以上、50μm以下であることがさらに好ましい。 Although the thickness of the separator is not particularly limited, it is preferably 5 μm or more and 100 μm or less. When the thickness of the separator is equal to or greater than the above lower limit value, contact between the positive electrode and the negative electrode can be made more difficult. When the thickness of the separator is equal to or less than the upper limit, the battery resistance can be further reduced. From the viewpoint of economic efficiency and handleability, the thickness of the separator is more preferably 10 μm or more and 50 μm or less.

(非水電解質)
本発明の非水電解質二次電池に用いる非水電解質としては、特に限定されないが、例えば、非水溶媒に溶質を溶解させた電解液を用いることができる。また、非水溶媒に溶質を溶解させた電解液を高分子に含浸させたゲル電解質、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドなどの高分子固体電解質、又はサルファイドガラス、オキシナイトライドなどの無機固体電解質を用いてもよい。
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but for example, an electrolytic solution obtained by dissolving a solute in a non-aqueous solvent can be used. In addition, a gel electrolyte in which a polymer is impregnated with an electrolytic solution in which a solute is dissolved in a non-aqueous solvent, a polymer solid electrolyte such as polyethylene oxide or polypropylene oxide, or an inorganic solid electrolyte such as sulfide glass or oxynitride is used. good too.

非水溶媒としては、後述の溶質をより一層溶解させやすいことから、環状の非プロトン性溶媒及び/又は鎖状の非プロトン性溶媒を含むことが好ましい。 The non-aqueous solvent preferably contains a cyclic aprotic solvent and/or a chain aprotic solvent, since the solute described later can be dissolved more easily.

環状の非プロトン性溶媒としては、環状カーボネート、環状エステル、環状スルホン又は環状エーテルなどが例示される。 Examples of cyclic aprotic solvents include cyclic carbonates, cyclic esters, cyclic sulfones, and cyclic ethers.

鎖状の非プロトン性溶媒としては、鎖状カーボネート、鎖状カルボン酸エステル又は鎖状エーテルなどが例示される。 Examples of chain aprotic solvents include chain carbonates, chain carboxylic acid esters and chain ethers.

また、アセトニトリルなどの一般的に非水電解質の溶媒として用いられる溶媒を用いてもよい。より具体的には、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ-ブチルラクトン、1,2-ジメトキシエタン、スルホラン、ジオキソラン、プロピオン酸メチルなどを用いることができる。これら溶媒は単独で用いてもよいし、2種類以上の溶媒を混合しても用いてもよい。もっとも、後述の溶質をより一層容易に溶解させ、リチウムイオンなどのイオン伝導性をより一層高める観点から、2種類以上の溶媒を混合した溶媒を用いることが好ましい。 A solvent such as acetonitrile that is generally used as a solvent for non-aqueous electrolytes may also be used. More specifically, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, dimethyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyl lactone, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dioxolane, propion Methyl acid and the like can be used. These solvents may be used alone, or two or more solvents may be mixed and used. However, it is preferable to use a solvent in which two or more kinds of solvents are mixed, from the viewpoint of more easily dissolving the solute described later and further increasing the ion conductivity of lithium ions and the like.

溶質としては、特に限定されないが、LiClO、LiBF、LiPF、LiAsF、LiCFSO、LiBOB(Lithium Bis (Oxalato) Borate)、又はLiN(SOCFを用いることが好ましい。この場合、非水溶媒により一層容易に溶解させることができる。電解液に含まれる溶質の濃度は、0.5mol/L以上、2.0mol/L以下であることが好ましい。溶質の濃度が上記下限値以上である場合、所望のリチウムイオン伝導性をより一層確実に得ることができる。一方、溶質の濃度が上記上限値以下である場合、溶質をより一層溶解し易くすることができる。 The solute is not particularly limited, but LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiBOB (Lithium Bis (Oxalato) Borate), or LiN(SO 2 CF 3 ) 2 is preferably used. . In this case, it can be dissolved more easily with a non-aqueous solvent. The concentration of the solute contained in the electrolytic solution is preferably 0.5 mol/L or more and 2.0 mol/L or less. When the solute concentration is equal to or higher than the above lower limit, desired lithium ion conductivity can be obtained more reliably. On the other hand, when the concentration of the solute is equal to or less than the above upper limit, the solute can be made easier to dissolve.

また、非水電解質には、難燃剤、安定化剤などの添加剤がさらに含まれていてもよい。 In addition, the non-aqueous electrolyte may further contain additives such as flame retardants and stabilizers.

(非水電解質二次電池)
本発明の非水電解質二次電池の正極及び負極は、集電体の両面に同じ電極を形成させた形態であってもよく、集電体の片面に正極、他方の面に負極を形成させた形態、すなわち、バイポーラ電極であってもよい。
(Non-aqueous electrolyte secondary battery)
The positive electrode and the negative electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be in the form of forming the same electrode on both sides of the current collector. It may also be in the form of a bipolar electrode.

上記非水電解質二次電池は、正極側と負極側との間にセパレータを配置したものを倦回したものであってもよいし、積層したものであってもよい。正極、負極及びセパレータには、リチウムなどのイオン伝導を担う非水電解質が含まれている。 The above-mentioned non-aqueous electrolyte secondary battery may be one in which a separator is arranged between the positive electrode side and the negative electrode side, and may be wound or laminated. The positive electrode, negative electrode, and separator contain a non-aqueous electrolyte that conducts ions such as lithium.

上記非水電解質二次電池は、上記積層体を倦回、又は複数積層した後にラミネートフィルムで外装してもよいし、角形、楕円形、円筒形、コイン形、ボタン形、又はシート形の金属缶で外装してもよい。外装には発生したガスを放出するための機構が備わっていてもよい。積層体の積層数は、特に限定されず、所望の電圧値、電池容量を発現するまで積層させることができる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery may be wrapped with a laminate film after winding the laminate or laminated in multiple layers, or may be a rectangular, elliptical, cylindrical, coin-shaped, button-shaped, or sheet-shaped metal battery. It may be packaged in a can. The exterior may be provided with a mechanism for releasing generated gas. The number of stacked layers is not particularly limited, and the layers can be stacked until a desired voltage value and battery capacity are obtained.

上記非水電解質二次電池は、所望の大きさ、容量、電圧によって、適宜直列、並列に接続した組電池とすることができる。上記組電池においては、各電池の充電状態の確認、安全性向上のため、組電池に制御回路が付属されていることが好ましい。 The non-aqueous electrolyte secondary battery can be an assembled battery connected in series or in parallel depending on the desired size, capacity and voltage. In the assembled battery, it is preferable that a control circuit is attached to the assembled battery in order to check the state of charge of each battery and to improve safety.

以下、本発明の具体的な実施例及び比較例を挙げることにより、本発明の効果を明らかにする。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the effects of the present invention will be clarified by giving specific examples and comparative examples of the present invention. In addition, the present invention is not limited to the following examples.

(炭素材料の製造例1)
最初に、膨張黒鉛16gと、カルボキシメチルセルロース0.48gと、水530gとの混合物に、超音波処理装置で5時間超音波を照射した後に、ポリエチレングリコール80gを加え、ホモミクサーで30分間混合することによって、原料組成物を作製した。
(Production example 1 of carbon material)
First, a mixture of 16 g of expanded graphite, 0.48 g of carboxymethylcellulose, and 530 g of water was irradiated with ultrasonic waves for 5 hours with an ultrasonicator, and then 80 g of polyethylene glycol was added and mixed for 30 minutes with a homomixer. , to prepare a raw material composition.

なお、膨張黒鉛は、東洋炭素社製、商品名「PFパウダー8F」(BET比表面積=22m/g)を用いた。カルボキシメチルセルロースは、アルドリッチ社製のもの(重量平均分子量=250,000)を用いた。ポリエチレングリコールは、三洋化成工業社製、商品名「PG600」を用いた。超音波処理装置は、SMT.CO.,LTD社製、型番「UH-600SR」を用いた。また、ホモミクサーは、TOKUSHU KIKA社製、型番「T.K.HOMOMIXER MARKII」を用いた。 The expanded graphite used was trade name “PF Powder 8F” (BET specific surface area=22 m 2 /g) manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd. Carboxymethylcellulose used was Aldrich's product (weight average molecular weight = 250,000). Polyethylene glycol used was Sanyo Chemical Industries Co., Ltd., trade name “PG600”. The ultrasonic processor is SMT. CO. , Ltd., model number "UH-600SR" was used. As the homomixer, model number "TK HOMOMIXER MARKII" manufactured by TOKUSHU KIKA was used.

次に、作製した原料組成物を150℃で加熱処理(第1の加熱処理)することによって、水を除去した。その後、水を除去した組成物を、380℃の温度で、1時間加熱処理(第2の加熱処理)することよって、ポリエチレングリコールの一部が残存している炭素材料を作製した。 Next, water was removed by heat-treating the prepared raw material composition at 150° C. (first heat-treating). After that, the composition from which water was removed was subjected to a heat treatment (second heat treatment) at a temperature of 380° C. for 1 hour to prepare a carbon material in which a part of polyethylene glycol remained.

最後に、作製した炭素材料を400℃で30分、350℃で2時間の順に加熱処理(第3の加熱処理)することによって、グラファイト構造を有し、端縁から部分的にグラファイトが剥離されている、炭素材料を得た。 Finally, the produced carbon material is heat-treated at 400° C. for 30 minutes and then at 350° C. for 2 hours (third heat treatment), thereby having a graphite structure and partially exfoliating graphite from the edges. , we obtained a carbon material.

得られた炭素材料とシリコン粉末(Nano Powder、純度≧98%、粒径≦100nm、アルドリッチ社製)とを重量比1:1の割合でサンプル瓶中にて混合することにより、測定試料としての混合粉末を作製した。作製した混合粉末を無反射Si試料台に入れ、X線回折装置(リガク社製、品番「Smart Lab」)に設置した。その後に、X線源:CuKα(波長1.541Å)、測定範囲:3°~80°、スキャンスピード:5°/分の条件で、広角X線回折法によりX線回折スペクトルを測定した。得られた測定結果から、2θ=28°以上、30°未満の範囲における最も高いピークの高さbを1として規格化し、そのときの2θ=24°以上、28℃未満の範囲における最も高いピークの高さaを算出した。最後にaとbとの比、すなわち、比a/bを算出した。その結果、2θ=24°以上、28℃未満の範囲における最も高いピークの高さaと、2θ=28°以上、30°未満の範囲における最も高いピークの高さbとの比a/bは、0.65であった。 The obtained carbon material and silicon powder (Nano Powder, purity ≧98%, particle size ≦100 nm, manufactured by Aldrich) were mixed in a sample bottle at a weight ratio of 1:1 to obtain a measurement sample. A mixed powder was produced. The prepared mixed powder was placed in a non-reflecting Si sample stage, and placed in an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku, product number "Smart Lab"). After that, the X-ray diffraction spectrum was measured by the wide-angle X-ray diffraction method under the conditions of X-ray source: CuKα (wavelength: 1.541 Å), measurement range: 3° to 80°, scan speed: 5°/min. From the obtained measurement results, the height b of the highest peak in the range of 2θ = 28 ° or more and less than 30 ° is normalized as 1, and the highest peak in the range of 2θ = 24 ° or more and less than 28 ° C. was calculated. Finally, the ratio between a and b, that is, the ratio a/b was calculated. As a result, the ratio a/b of the highest peak height a in the range of 2θ = 24° or more and less than 28°C and the highest peak height b in the range of 2θ = 28° or more and less than 30° is , 0.65.

また、得られた炭素材料のBET比表面積を、比表面積測定装置(島津製作所社製、品番「ASAP-2000」、窒素ガス)を用いて測定した結果、95m/gであった。 In addition, the BET specific surface area of the obtained carbon material was measured using a specific surface area measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, product number “ASAP-2000”, nitrogen gas) and found to be 95 m 2 /g.

(炭素材料の製造例2)
第3の加熱処理の条件を、420℃で30分としたこと以外は、製造例1と同様にして炭素材料を得た。また、製造例1と同様にして測定した比a/bは、0.80であり、BET比表面積は、38m/gであった。
(Production example 2 of carbon material)
A carbon material was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the conditions for the third heat treatment were 420° C. for 30 minutes. Moreover, the ratio a/b measured in the same manner as in Production Example 1 was 0.80, and the BET specific surface area was 38 m 2 /g.

(炭素材料の製造例3)
第3の加熱処理の条件を、400℃で10分としたこと以外は、製造例1と同様にして炭素材料を得た。また、製造例1と同様にして測定した比a/bは、0.32であり、BET比表面積は、155m/gであった。
(Production example 3 of carbon material)
A carbon material was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the conditions for the third heat treatment were 400° C. for 10 minutes. Moreover, the ratio a/b measured in the same manner as in Production Example 1 was 0.32, and the BET specific surface area was 155 m 2 /g.

(炭素材料の製造例4)
製造例1で作製した炭素材料の代わりに、未処理の膨張黒鉛(東洋炭素社製、商品名「PFパウダー8F」、BET表面積=22m/g)をそのまま用いた。
(Production example 4 of carbon material)
Instead of the carbon material produced in Production Example 1, untreated expanded graphite (manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd., trade name "PF Powder 8F", BET surface area = 22 m 2 /g) was used as it was.

また、未処理の膨張黒鉛について、製造例1と同様にして測定した比a/bは、2.20であり、BET比表面積は、22m/gであった。 The untreated expanded graphite had a ratio a/b of 2.20 and a BET specific surface area of 22 m 2 /g, which were measured in the same manner as in Production Example 1.

(実施例1)
樹脂集電体の作製;
製造例1の樹脂集電体は次の通りに作製した。最初に、ホモポリプロピレン(重量平均分子量=413,000、融点163℃)を80重量部と、製造例1の炭素材料(比a/b:0.65、BET比表面積:95m/g)を20重量部とを、押出機に供給して樹脂温度200℃にて溶融混練した。次に、押出機の先端に取り付けられたTダイからフィルム状に押出し、表面温度が30℃となるまで冷却することにより、樹脂集電体として、製造例1の炭素材料を含むホモポリプロピレンフィルム(厚み50μm)を得た。
(Example 1)
Preparation of resin current collector;
The resin current collector of Production Example 1 was produced as follows. First, 80 parts by weight of homopolypropylene (weight average molecular weight = 413,000, melting point 163°C) and the carbon material of Production Example 1 (ratio a/b: 0.65, BET specific surface area: 95 m 2 /g) 20 parts by weight were supplied to an extruder and melt-kneaded at a resin temperature of 200°C. Next, a homopolypropylene film containing the carbon material of Production Example 1 ( thickness of 50 μm).

正極の作製;
最初に、正極活物質としてのLiNi0.5Mn0.3Co0.2を、非特許文献(Journal of PowerSources,Vol.146,pp.636-639(2005))に記載されている方法で作製した。すなわち、水酸化リチウムと、コバルト、ニッケル及びマンガンのmol比がCo:Ni:Mn=2:5:3の3元水酸化物とを混合した後に、この混合物を空気雰囲気下において、1000℃で加熱することによって正極活物質を作製した。
preparation of the positive electrode;
First, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 as a positive electrode active material is described in Non-Patent Literature (Journal of PowerSources, Vol. 146, pp. 636-639 (2005)). method. That is, after mixing lithium hydroxide and a ternary hydroxide in which the molar ratio of cobalt, nickel and manganese is Co:Ni:Mn=2:5:3, the mixture was placed in an air atmosphere at 1000 ° C. A positive electrode active material was produced by heating.

次に、上記正極活物質(LiNi0.5Mn0.3Co0.2)93gと、カーボンブラック(デンカブラック、デンカ社製)5gと、バインダー(ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、固形分濃度8重量%、N―メチル―2―ピロリドン(NMP)溶液)25gと、NMP30gとを混合し、スラリーを作製した。このスラリーを上記で得られた樹脂集電体の片面(表面)に塗工し、送風オーブンにて80℃で10分間加熱した後に、150℃で12時間真空乾燥した。次に、上記樹脂集電体の裏面にも同様にしてスラリーを塗工し、乾燥させた。最後に、ロールプレス機にて、上記樹脂集電体をプレスし、実施例1に用いる正極を作製した。正極の容量は、単位面積当たりの電極重量及び正極活物質の理論容量(160mAh/g)から算出した。その結果、正極の容量(片面あたり)は、2mAh/cmであった。 Next, 93 g of the positive electrode active material (LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 ), 5 g of carbon black (Denka Black, manufactured by Denka), a binder (polyvinylidene fluoride (PVdF), solid content A slurry was prepared by mixing 25 g of an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution with a concentration of 8% by weight and 30 g of NMP. This slurry was applied to one side (surface) of the resin current collector obtained above, heated at 80° C. for 10 minutes in an air blowing oven, and then vacuum-dried at 150° C. for 12 hours. Next, the slurry was applied to the back surface of the resin current collector in the same manner and dried. Finally, the positive electrode used in Example 1 was produced by pressing the resin current collector with a roll press. The capacity of the positive electrode was calculated from the electrode weight per unit area and the theoretical capacity (160 mAh/g) of the positive electrode active material. As a result, the capacity of the positive electrode (per side) was 2 mAh/cm 2 .

負極の作製;
最初に、負極活物質(人造黒鉛)93gと、カーボンブラック(デンカブラック、デンカ社製)5gと、バインダー(PVdF、固形分濃度重量%、NMP溶液)25g、NMP30gとを混合し、スラリーを作製した。次に、上記スラリーを上記で得られた樹脂集電体の片面(表面)に塗工し、送風オーブンにて80℃で10分間加熱した。また、溶媒を除去した後、100℃で12時間真空乾燥した。次に、上記樹脂集電体の裏面にも同様にしてスラリーを塗工し、乾燥させた。最後に、ロールプレス機にて、プレスし、負極を作製した。負極の容量は、単位面積当たりの電極重量及び負極活物質の理論容量(350mAh/g)から算出した。その結果、負極の容量(片面あたり)は、2.5mAh/cmであった。
Preparation of the negative electrode;
First, 93 g of a negative electrode active material (artificial graphite), 5 g of carbon black (Denka Black, manufactured by Denka), 25 g of a binder (PVdF, solid content concentration weight %, NMP solution), and 30 g of NMP are mixed to prepare a slurry. bottom. Next, the slurry was applied to one side (surface) of the resin current collector obtained above, and heated at 80° C. for 10 minutes in a fan oven. Moreover, after removing the solvent, it was vacuum-dried at 100° C. for 12 hours. Next, the slurry was applied to the back surface of the resin current collector in the same manner and dried. Finally, it was pressed with a roll press machine to produce a negative electrode. The capacity of the negative electrode was calculated from the electrode weight per unit area and the theoretical capacity (350 mAh/g) of the negative electrode active material. As a result, the capacity of the negative electrode (per side) was 2.5 mAh/cm 2 .

非水電解質二次電池の製造;
最初に、作製した正極(電極部分:50mm×100mm)、負極(電極部分:55mm×105mm)、及びセパレータ(ポリオレフィン系の微多孔膜、厚さ:25μm、60mm×100mm)を、負極/セパレータ/正極/セパレータ/負極の順に、正極の容量が1000mAh(正極5枚、負極6枚)となるように積層した。次に、両端の正極及び負極にそれぞれアルミニウムタブ及びニッケルめっき銅タブを、それぞれ、アルミニウム製の針及び銅製の針をホッチキスを用いて接続させた。
Manufacture of non-aqueous electrolyte secondary batteries;
First, the positive electrode (electrode part: 50 mm × 100 mm), the negative electrode (electrode part: 55 mm × 105 mm), and the separator (polyolefin-based microporous film, thickness: 25 µm, 60 mm × 100 mm) were prepared. They were laminated in the order of positive electrode/separator/negative electrode so that the capacity of the positive electrode was 1000 mAh (5 positive electrodes, 6 negative electrodes). Next, an aluminum tab and a nickel-plated copper tab were connected to the positive electrode and the negative electrode at both ends, respectively, and an aluminum needle and a copper needle were respectively connected using a stapler.

その後、袋状のアルミラミネートシートに入れ、3方を熱溶着させ、電解液封入前の非水電解質二次電池を作製した。さらに、上記電解液封入前の非水電解質二次電池を60℃で3時間真空乾燥させ、非水電解質(LiPF 1mol/Lのエチレンカーボネート/ジメチルカーボネート溶液、体積比でエチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=1:2)を20g入れ、減圧しながら封止することによって非水電解質二次電池を作製した。なお、ここまでの工程は、露点が-40℃以下の雰囲気(ドライボックス)で実施した。最後に、非水電解質二次電池を、4.25Vまで充電させた後に、25℃で100時間放置し、露点が-40℃以下の雰囲気(ドライボックス)にて発生したガス、及び過剰な電解液を除去した後に、再度減圧しながら封止することによって、実施例1の非水電解質二次電池を作製した。 After that, it was placed in a bag-like aluminum laminate sheet and heat-sealed on three sides to produce a non-aqueous electrolyte secondary battery before enclosing the electrolyte. Furthermore, the non-aqueous electrolyte secondary battery before enclosing the electrolyte solution was vacuum-dried at 60 ° C. for 3 hours, and the non-aqueous electrolyte (LiPF 6 1 mol / L ethylene carbonate / dimethyl carbonate solution, volume ratio ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 1:2) was added and sealed while reducing the pressure to produce a non-aqueous electrolyte secondary battery. The steps up to this point were performed in an atmosphere (dry box) with a dew point of −40° C. or lower. Finally, after charging the non-aqueous electrolyte secondary battery to 4.25 V, it was left at 25 ° C. for 100 hours, and the gas generated in an atmosphere (dry box) with a dew point of −40 ° C. or less and excessive electrolysis After removing the liquid, the non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 1 was produced by sealing again while reducing the pressure.

(実施例2)
製造例1の炭素材料の代わりに、製造例2の炭素材料を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。
(Example 2)
A non-aqueous electrolyte secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the carbon material of Production Example 2 was used instead of the carbon material of Production Example 1.

(実施例3)
製造例1の炭素材料の代わりに、製造例3の炭素材料を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。
(Example 3)
A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the carbon material of Production Example 3 was used instead of the carbon material of Production Example 1.

(実施例4)
製造例1の炭素材料の代わりに、製造例4の炭素材料を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。
(Example 4)
A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the carbon material of Production Example 4 was used instead of the carbon material of Production Example 1.

(比較例1)
製造例1の炭素材料の代わりに、アセチレンブラックをそのまま用いたこと以外は、実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。なお、アセチレンブラックの比a/bは、0.09であり、BET比表面積は、65m/gであった。
(Comparative example 1)
A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that instead of the carbon material of Production Example 1, acetylene black was used as it was. The ratio a/b of acetylene black was 0.09, and the BET specific surface area was 65 m 2 /g.

(比較例2)
実施例1で用いた樹脂集電体の代わりに、正極側の集電体にアルミニウム箔(厚み:15μm)を用い、負極側の集電体に銅箔(厚み:15μm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。
(Comparative example 2)
Instead of the resin current collector used in Example 1, aluminum foil (thickness: 15 µm) was used as the current collector on the positive electrode side, and copper foil (thickness: 15 µm) was used as the current collector on the negative electrode side. produced a non-aqueous electrolyte secondary battery in the same manner as in Example 1.

(比較例3)
製造例1の炭素材料の代わりに、市販の高配向性熱分解グラファイト(HOPG)をそのまま用いたこと以外は、実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。なお、HOPGの比a/bは、11.90であり、BET比表面積は、3m/gであった。
(Comparative Example 3)
A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that instead of the carbon material of Production Example 1, commercially available highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) was used as it was. The ratio a/b of HOPG was 11.90, and the BET specific surface area was 3 m 2 /g.

[評価]
非水電解質二次電池の電池抵抗評価;
電池抵抗評価は、次の通り実施した。最初に、電池を充放電試験機(TOSCAT3100、東洋システム社製)に接続し、電流を流さずに、12時間放置した。次に、0.2C CCCV充電(充電終止電圧:4.25V、CV STOP:3時間、あるいは電流値が0.02C到達、充電後休止時間:1分)、及び0.2C CC放電(放電終止電圧:2.5V、放電後休止時間:1分)の条件で充放電を5回繰り返した。これにより、電池として機能するかどうかを確認した。続けて、抵抗測定は、満充電状態から0.2Cで50%放電した状態から、それぞれ、0.5C、1.0C、及び2.0Cで10秒間放電した際の電圧値を記録した。これらの値を用いて,X軸:レートの電流値,Y軸:記録した電圧値のグラフを作成し、オームの法則「V(電圧)=I(電流)×R(抵抗)」から、傾きを算出することで、電池抵抗を算出した。なお、電池抵抗は、30mΩ未満を〇とし、30mΩ以上を×とした。
[evaluation]
Battery resistance evaluation of non-aqueous electrolyte secondary battery;
Battery resistance evaluation was performed as follows. First, the battery was connected to a charge/discharge tester (TOSCAT3100, manufactured by Toyo System Co., Ltd.) and left for 12 hours without applying current. Next, 0.2C CCCV charge (charge end voltage: 4.25V, CV STOP: 3 hours, or current value reaches 0.02C, rest time after charge: 1 minute), and 0.2C CC discharge (discharge end Voltage: 2.5 V, rest time after discharge: 1 minute), charging and discharging were repeated 5 times. This confirms whether it functions as a battery. Subsequently, for the resistance measurement, the voltage values were recorded when the battery was discharged at 0.5C, 1.0C, and 2.0C for 10 seconds from the state of 50% discharge at 0.2C from the fully charged state. Using these values, create a graph of X-axis: rate current value, Y-axis: recorded voltage value, and from Ohm's law "V (voltage) = I (current) x R (resistance)", the slope By calculating the battery resistance was calculated. In addition, the battery resistance of less than 30 mΩ was evaluated as ◯, and the battery resistance of 30 mΩ or more was evaluated as x.

非水電解質二次電池の安全性評価;
非水電解質二次電池の安全性評価は、次の通り、釘刺し試験で評価した。最初に、電池を充放電試験機(TOSCAT3100、東洋システム社製)に接続し、電流を流さずに、12時間放置した。その後、0.2C CCCV充電(充電終止電圧:4.25V、CV STOP:3時間、あるいは電流値が0.02C到達、充電後休止時間:1分)した。次に、充電した電池をドラフト内のアルミ製の専用箱に設置し、釘(釘径:3mmφ、先端の角度60度)を貫通速度:100mm/secで電池の中央に貫通させ、そのときの電池の温度上昇を測定した。なお、温度計は、釘の貫通箇所から、1cm離れた箇所で測定した。なお、安全性評価は、50℃未満を〇とし、50℃以上を×とした。
Safety evaluation of non-aqueous electrolyte secondary batteries;
The safety evaluation of the non-aqueous electrolyte secondary battery was evaluated by a nail penetration test as follows. First, the battery was connected to a charge/discharge tester (TOSCAT3100, manufactured by Toyo System Co., Ltd.) and left for 12 hours without applying current. After that, 0.2C CCCV charging (charging end voltage: 4.25 V, CV STOP: 3 hours, or current value reached 0.02C, rest time after charging: 1 minute) was performed. Next, the charged battery is placed in a special aluminum box in the draft, and a nail (nail diameter: 3 mmφ, tip angle: 60 degrees) is pierced through the center of the battery at a penetration speed of 100 mm/sec. The temperature rise of the battery was measured. In addition, the thermometer was measured at a point 1 cm away from the penetration point of the nail. In the safety evaluation, ◯ is given when the temperature is lower than 50°C, and x is given when the temperature is 50°C or higher.

結果を下記の表1に示す。 The results are shown in Table 1 below.

Figure 2023027578000001
Figure 2023027578000001

実施例1~4の樹脂集電体を用いた電池では、比較例1~3の集電体を用いた電池と比較して、電池抵抗が低く、かつ安全性に優れることが確認できた。 It was confirmed that the batteries using the resin current collectors of Examples 1-4 had lower battery resistance and superior safety than the batteries using the current collectors of Comparative Examples 1-3.

1…非水電解質二次電池
2…セパレータ
3…正極
4…負極
5,6…集電体
7…釘
10…部分剥離型薄片化黒鉛
11…エッジ部
12…中央部
13…樹脂
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Nonaqueous electrolyte secondary battery 2... Separator 3... Positive electrode 4... Negative electrode 5, 6... Current collector 7... Nail 10... Partial exfoliation type exfoliated graphite 11... Edge part 12... Central part 13... Resin

Claims (6)

非水電解質二次電池の正極又は負極に用いられる集電体であって、
樹脂と、
グラフェン積層構造を有する炭素材料と、
を含み、
前記炭素材料は、前記炭素材料とSiとを重量比1:1で混合した際のX線回折測定において、2θ=24°以上、28°未満の範囲における最も高いピークの高さaと、2θ=28°以上、30°未満の範囲における最も高いピークの高さbとの比a/bが、0.2以上、10.0以下である、非水電解質二次電池用集電体。
A current collector used for the positive electrode or negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery,
a resin;
a carbon material having a graphene laminated structure;
including
In the X-ray diffraction measurement when the carbon material and Si are mixed at a weight ratio of 1:1, the carbon material has the highest peak height a in the range of 2θ = 24 ° or more and less than 28 ° and 2θ A current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the ratio a/b to the height b of the highest peak in the range of =28° or more and less than 30° is 0.2 or more and 10.0 or less.
前記炭素材料のBET比表面積が、20m/g以上、300m/g以下である、請求項1に記載の非水電解質二次電池用集電体。 The current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the carbon material has a BET specific surface area of 20 m2 /g or more and 300 m2 /g or less. 前記炭素材料が、端縁から部分的にグラファイトが剥離した構造を有する、部分剥離型薄片化黒鉛である、請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池用集電体。 3. The current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein said carbon material is partially exfoliated graphite having a structure in which graphite is partially exfoliated from edges. 前記炭素材料の平均粒子径が、0.05μm以上、10.0μm以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用集電体。 The current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon material has an average particle size of 0.05 µm or more and 10.0 µm or less. 前記樹脂が、ポリオレフィン系樹脂、エンジニアリングプラスチック、及びスーパーエンプラなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1~4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用集電体。 The current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein said resin is at least one selected from the group consisting of polyolefin resins, engineering plastics, and super engineering plastics. 請求項1~5のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用集電体を備える、非水電解質二次電池。 A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the current collector for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 5.
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