JP2023149190A - Manufacturing method of anode for non-aqueous secondary battery, anode for non-aqueous secondary battery, and non-aqueous secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水系二次電池用負極の製造方法、非水系二次電池用負極、および非水系二次電池に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a negative electrode for a non-aqueous secondary battery, a negative electrode for a non-aqueous secondary battery, and a non-aqueous secondary battery.
リチウムイオン二次電池などの非水系二次電池(以下、単に「二次電池」と略記する場合がある。)は、小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能という特性があり、幅広い用途に使用されている。そのため、近年では、二次電池の更なる高性能化を目的として、電極(正極、負極)などの電池部材の改良が検討されている。 Non-aqueous secondary batteries (hereinafter sometimes simply referred to as "secondary batteries") such as lithium-ion secondary batteries have the characteristics of being small, lightweight, and high in energy density, as well as being able to be repeatedly charged and discharged. Yes, and used for a wide range of purposes. Therefore, in recent years, improvements in battery components such as electrodes (positive electrode, negative electrode) have been studied with the aim of further improving the performance of secondary batteries.
ここで、リチウムイオン二次電池などの二次電池に用いられる負極は、通常、集電体と、集電体上に形成された電極合材層(負極合材層)とを備えている。そして、この負極合材層(「負極活物質層」と称することもある)は、例えば、負極活物質と、必要に応じて用いられる結着材等の樹脂成分とを含んでいる。 Here, a negative electrode used in a secondary battery such as a lithium ion secondary battery usually includes a current collector and an electrode mixture layer (negative electrode mixture layer) formed on the current collector. This negative electrode composite material layer (sometimes referred to as a "negative electrode active material layer") includes, for example, a negative electrode active material and a resin component such as a binder used as necessary.
そこで、近年では、この負極合材層を改良することで、二次電池の性能を更に向上させる試みがなされている。例えば、特許文献1では、二次電池の出入力特性(レート特性)等を向上させる目的で、負極活物質層中の負極活物質の全量の少なくとも50個数%を、電荷担体の吸蔵および放出が行われる方向が集電体の表面に対して45°以上90°以下となるように配向させている。 Therefore, in recent years, attempts have been made to further improve the performance of secondary batteries by improving this negative electrode composite material layer. For example, in Patent Document 1, for the purpose of improving the input/output characteristics (rate characteristics) of a secondary battery, at least 50% of the total amount of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is used to absorb and release charge carriers. The orientation is such that the direction in which the current is applied is 45° or more and 90° or less with respect to the surface of the current collector.
しかしながら、特許文献1のように樹脂製バインダーを用いて負極を作製すると、このバインダー成分が負極活物質の電荷担体吸蔵/放出反応を阻害することで、二次電池のレート特性などの電池特性が悪化することが予想される。したがって、負極内のバインダー成分を極力少なくすることで電池特性を向上し得ることが期待される。一方で、負極合材層を良好に形成するためにはバインダーが必要となる。 However, when a negative electrode is manufactured using a resin binder as in Patent Document 1, this binder component inhibits the charge carrier absorption/release reaction of the negative electrode active material, resulting in the battery characteristics such as the rate characteristics of the secondary battery being affected. It is expected that the situation will worsen. Therefore, it is expected that battery characteristics can be improved by reducing the binder component in the negative electrode as much as possible. On the other hand, a binder is required to form a negative electrode composite material layer well.
そこで、本発明者は、レート特性が良好な二次電池を得ることを期待して、バインダーを用いて作製した負極を高温で焼成することでバインダー成分を除去することを検討した。しかしながら、高温焼成によりバインダー成分を除去すれば二次電池のレート特性を向上できるものの、糊の役割をしていたバインダー成分の消失により接着性が低下することに起因して、負極の強度(耐衝撃性)が低下し、負極がセパレータとの貼り合わせ工程に耐えられないことがあることがわかった。 Therefore, in hopes of obtaining a secondary battery with good rate characteristics, the present inventor considered removing the binder component by firing a negative electrode prepared using a binder at a high temperature. However, although it is possible to improve the rate characteristics of secondary batteries by removing the binder component by high-temperature firing, the strength of the negative electrode (resistance It was found that the negative electrode may not be able to withstand the bonding process with the separator.
そこで、本発明は、耐衝撃性に優れ、かつ、非水系二次電池に優れたレート特性を発揮させることができる負極およびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、レート特性に優れる非水系二次電池を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a negative electrode that has excellent impact resistance and can exhibit excellent rate characteristics in a non-aqueous secondary battery, and a method for manufacturing the same.
Another object of the present invention is to provide a non-aqueous secondary battery with excellent rate characteristics.
本発明者は、上記課題を解決することを目的として鋭意検討を行った。そして、本発明者は、樹脂および粒子状炭素材料を含む所定のシートを焼成してなる非水系二次電池用負極材料シート(以下、単に「負極材料シート」ともいう)を用いて負極を作製するに際して、所定のアンダーコート層を集電体上に設けると共に、このアンダーコート層の塗膜が乾固する前に(すなわち、ウェットな状態で)、負極材料シートをアンダーコート層に貼り合わせれば、耐衝撃性に優れ、かつ、非水系二次電池に優れたレート特性を発揮させ得る負極が得られることを見出した。 The present inventor conducted extensive studies with the aim of solving the above problems. Then, the present inventor produced a negative electrode using a negative electrode material sheet for nonaqueous secondary batteries (hereinafter also simply referred to as "negative electrode material sheet") obtained by firing a predetermined sheet containing a resin and a particulate carbon material. In this case, a predetermined undercoat layer is provided on the current collector, and a negative electrode material sheet is attached to the undercoat layer before the coating film of this undercoat layer dries (that is, in a wet state). It has been found that a negative electrode can be obtained that has excellent impact resistance and can exhibit excellent rate characteristics in a non-aqueous secondary battery.
即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の非水系二次電池用負極の製造方法は、樹脂と粒子状炭素材料とを含む組成物を加圧してシート状に成形し、1次シートを得る1次シート成形工程と、前記1次シートを厚み方向に複数枚積層して、あるいは、前記1次シートを折畳または捲回して、積層体を得る積層体形成工程と、前記積層体を積層方向に対して45°以下の角度でスライスして、2次シートを得るスライス工程と、前記2次シートを焼成して非水系二次電池用負極材料シートを得る焼成工程と、カーボン材料およびバインダーを含むアンダーコート層形成用スラリー組成物を集電体上に塗布して塗膜を形成する塗膜形成工程と、前記塗膜が乾固する前に、前記非水系二次電池用負極材料シートを前記塗膜に貼り付ける貼付工程とを含むことを特徴とする。このように、アンダーコート層を集電体上に設けると共に、該アンダーコート層となる塗膜が乾固する前に、所定の負極材料シートを該塗膜に貼り付ければ、耐衝撃性に優れ、かつ、非水系二次電池に優れたレート特性を発揮させ得る負極を製造することができる。
なお、本発明において、「塗膜が乾固する」とは、アンダーコート層形成用スラリー組成物からなる塗膜中に含まれている溶媒成分が70体積%以上除去されることをいう。
That is, the present invention aims to advantageously solve the above problems, and the method for producing a negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention involves adding a composition containing a resin and a particulate carbon material. A primary sheet forming step in which a primary sheet is obtained by pressing and forming into a sheet shape, and a laminate is formed by laminating a plurality of the primary sheets in the thickness direction, or by folding or winding the primary sheets. a laminate forming step to obtain a laminate, a slicing step to obtain a secondary sheet by slicing the laminate at an angle of 45° or less with respect to the stacking direction, and a slicing step to obtain a secondary sheet by firing the secondary sheet A firing step to obtain a negative electrode material sheet, a coating film forming step of applying a slurry composition for forming an undercoat layer containing a carbon material and a binder onto a current collector to form a coating film, and drying the coating film. The present invention is characterized in that it includes a pasting step of pasting the negative electrode material sheet for a non-aqueous secondary battery on the coating film. In this way, if an undercoat layer is provided on the current collector and a prescribed negative electrode material sheet is attached to the coating film before the coating film that becomes the undercoat layer dries, excellent impact resistance can be obtained. In addition, it is possible to produce a negative electrode that can exhibit excellent rate characteristics in a non-aqueous secondary battery.
In the present invention, "the coating film is dried and solidified" means that 70% by volume or more of the solvent component contained in the coating film made of the slurry composition for forming an undercoat layer is removed.
本発明の非水系二次電池用負極の製造方法は、前記2次シートが300℃以上2000℃以下の温度で焼成されることが好ましい。このように、2次シートを上記所定の温度範囲内で焼成すれば、製造される負極材料シートの強度を十分に高く確保しつつ、非水系二次電池のレート特性を一層向上させることができる。 In the method for producing a negative electrode for a non-aqueous secondary battery according to the present invention, the secondary sheet is preferably fired at a temperature of 300°C or more and 2000°C or less. As described above, by firing the secondary sheet within the above-described predetermined temperature range, it is possible to further improve the rate characteristics of the non-aqueous secondary battery while ensuring a sufficiently high strength of the produced negative electrode material sheet. .
本発明の非水系二次電池用負極の製造方法は、前記粒子状炭素材料が鱗片状黒鉛を含むことが好ましい。このように、粒子状炭素材料が鱗片状黒鉛を含めば、非水系二次電池に一層優れたレート特性を発揮させ得る。 In the method for producing a negative electrode for a nonaqueous secondary battery according to the present invention, it is preferable that the particulate carbon material contains flaky graphite. In this way, if the particulate carbon material contains flaky graphite, the non-aqueous secondary battery can exhibit even more excellent rate characteristics.
また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の非水系二次電池用負極は、集電体と、前記集電体の上に形成されたアンダーコート層と、前記アンダーコート層の上に形成され、かつ、前記アンダーコート層に接着した負極合材層とを備え、前記アンダーコート層はカーボン材料およびバインダーを含み、前記負極合材層は粒子状炭素材料を含み、前記粒子状炭素材料は、前記負極合材層の表面に対して垂直に配向しており、前記負極合材層中の樹脂の含有割合は8質量%以下であり、前記負極合材層は自立膜として存在することを特徴とする。このように、集電体上の所定のアンダーコート層に所定の性状を有する負極合材層が接着していれば、耐衝撃性に優れ、かつ、非水系二次電池に優れたレート特性を発揮させ得る。
なお、本発明において、粒子状炭素材料の配向性、負極合材層中の樹脂の含有割合、および負極合材層の自立膜性は、実施例に記載の方法により測定することができる。
Further, the present invention aims to advantageously solve the above-mentioned problems, and the negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention includes a current collector and an underlayer formed on the current collector. a coat layer; and a negative electrode composite layer formed on the undercoat layer and adhered to the undercoat layer, the undercoat layer containing a carbon material and a binder, and the negative electrode composite layer containing particles. the particulate carbon material is oriented perpendicularly to the surface of the negative electrode composite material layer, the resin content in the negative electrode composite layer is 8% by mass or less, and the The negative electrode composite material layer is characterized in that it exists as a self-supporting film. In this way, if a negative electrode composite layer with predetermined properties is adhered to a predetermined undercoat layer on the current collector, it will have excellent impact resistance and provide excellent rate characteristics for non-aqueous secondary batteries. It can be demonstrated.
In the present invention, the orientation of the particulate carbon material, the content of the resin in the negative electrode composite layer, and the self-supporting film properties of the negative electrode composite layer can be measured by the methods described in Examples.
本発明の非水系二次電池用負極は、前記アンダーコート層の厚みが1μm以上15μm以下であることが好ましい。このように、アンダーコート層の厚みが上記所定の範囲内であれば、耐衝撃性に優れると共に、非水系二次電池に一層優れたレート特性を発揮させ得る。
なお、本発明において、アンダーコート層の厚みは、実施例に記載の方法により測定することができる。
In the negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention, the undercoat layer preferably has a thickness of 1 μm or more and 15 μm or less. As described above, when the thickness of the undercoat layer is within the above-mentioned predetermined range, not only is the impact resistance excellent, but also the non-aqueous secondary battery can exhibit even more excellent rate characteristics.
In the present invention, the thickness of the undercoat layer can be measured by the method described in Examples.
本発明の非水系二次電池用負極は、前記負極合材層の表面のX線回折における(004)面の回折強度に対する(110)面の回折強度の比I(110)/I(004)が、1.1以上であることが好ましい。このように、負極合材層の表面のX線回折における(004)面の回折強度に対する(110)面の回折強度の比I(110)/I(004)が1.1以上であれば、非水系二次電池に一層優れたレート特性を発揮させ得る。
なお、本発明において、負極合材層の表面のX線回折における(004)面の回折強度に対する(110)面の回折強度の比I(110)/I(004)は、実施例に記載の方法により測定することができる。
The negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention has a ratio of the diffraction intensity of the (110) plane to the diffraction intensity of the (004) plane in X-ray diffraction of the surface of the negative electrode composite layer, I(110)/I(004). is preferably 1.1 or more. In this way, if the ratio I(110)/I(004) of the diffraction intensity of the (110) plane to the diffraction intensity of the (004) plane in X-ray diffraction of the surface of the negative electrode composite layer is 1.1 or more, Non-aqueous secondary batteries can exhibit even more excellent rate characteristics.
In the present invention, the ratio I(110)/I(004) of the diffraction intensity of the (110) plane to the diffraction intensity of the (004) plane in the X-ray diffraction of the surface of the negative electrode composite layer is determined by It can be measured by a method.
本発明の非水系二次電池用負極は、前記負極合材層の密度が1.3g/cm3以下であることが好ましい。このように、負極合材層の密度が上記上限値以下であれば、非水系二次電池に一層優れたレート特性を発揮させ得る。
なお、本発明において、負極合材層の密度は、実施例に記載の方法により測定することができる。
In the negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention, it is preferable that the density of the negative electrode composite layer is 1.3 g/cm 3 or less. As described above, when the density of the negative electrode composite material layer is equal to or less than the above upper limit value, the non-aqueous secondary battery can exhibit even more excellent rate characteristics.
In the present invention, the density of the negative electrode composite layer can be measured by the method described in Examples.
本発明の非水系二次電池用負極は、前記負極合材層の厚みが80μm以上であることが好ましい。このように、負極合材層の厚みが上記下限値以上であれば、非水系二次電池を高容量化することができる。
なお、本発明において、負極合材層の厚みは、実施例に記載の方法により測定することができる。
In the negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention, the thickness of the negative electrode composite layer is preferably 80 μm or more. In this way, when the thickness of the negative electrode composite material layer is equal to or greater than the above lower limit, the capacity of the non-aqueous secondary battery can be increased.
In the present invention, the thickness of the negative electrode composite layer can be measured by the method described in Examples.
本発明の非水系二次電池用負極は、前記粒子状炭素材料が鱗片状黒鉛を含むことが好ましい。このように、粒子状炭素材料が鱗片状黒鉛を含めば、非水系二次電池に一層優れたレート特性を発揮させ得る。 In the negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention, it is preferable that the particulate carbon material contains flaky graphite. In this way, if the particulate carbon material contains flaky graphite, the non-aqueous secondary battery can exhibit even more excellent rate characteristics.
また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の非水系二次電池は、上述したいずれかの非水系二次電池用負極を備えることを特徴とする。このように、本発明の非水系二次電池は、上述した非水系二次電池用負極を備えているため、優れたレート特性を発揮し得る。 Further, the present invention aims to advantageously solve the above-mentioned problems, and the non-aqueous secondary battery of the present invention is characterized by comprising any of the above-mentioned negative electrodes for non-aqueous secondary batteries. do. As described above, since the non-aqueous secondary battery of the present invention includes the above-described negative electrode for non-aqueous secondary batteries, it can exhibit excellent rate characteristics.
本発明によれば、耐衝撃性に優れ、かつ、非水系二次電池に優れたレート特性を発揮させることができる負極およびその製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、レート特性に優れる非水系二次電池を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a negative electrode that has excellent impact resistance and allows a non-aqueous secondary battery to exhibit excellent rate characteristics, and a method for manufacturing the same.
Further, according to the present invention, a non-aqueous secondary battery with excellent rate characteristics can be provided.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の非水系二次電池用負極(以下、単に「負極」ともいう)の製造方法は、例えば、本発明の負極の製造に用いることができる。そして、本発明の非水系二次電池(以下、単に「二次電池」ともいう)は、本発明の負極を備えている。
Embodiments of the present invention will be described in detail below.
The method for producing a negative electrode for a non-aqueous secondary battery (hereinafter also simply referred to as "negative electrode") of the present invention can be used, for example, to produce the negative electrode of the present invention. The non-aqueous secondary battery (hereinafter also simply referred to as "secondary battery") of the present invention includes the negative electrode of the present invention.
(非水系二次電池用負極の製造方法)
本発明の非水系二次電池用負極の製造方法は、(A)樹脂と粒子状炭素材料とを含む組成物を加圧してシート状に成形し、1次シートを得る1次シート成形工程と;(B)1次シートを厚み方向に複数枚積層して、あるいは、1次シートを折畳または捲回して、積層体を得る積層体形成工程と;(C)積層体を積層方向に対して45°以下の角度でスライスして、2次シートを得るスライス工程と;(D)2次シートを焼成して非水系二次電池用負極材料シートを得る焼成工程と;(E)バインダーおよびカーボン材料を含むアンダーコート層形成用スラリー組成物を集電体上に塗布して塗膜を形成する塗膜形成工程と;(F)塗膜が乾固する前に、非水系二次電池用負極材料シートを該塗膜に貼り付ける貼付工程と、を含む。なお、本発明の非水系二次電池用負極の製造方法は、任意で、上記(A)~(F)以外のその他の工程を含んでいてもよい。
(Method for manufacturing negative electrode for non-aqueous secondary battery)
The method for producing a negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention includes (A) a primary sheet forming step in which a composition containing a resin and a particulate carbon material is pressurized and formed into a sheet shape to obtain a primary sheet; (B) A laminate forming step in which a laminate is obtained by laminating a plurality of primary sheets in the thickness direction, or by folding or winding the primary sheets; (C) A laminate forming step in which a laminate is obtained by laminating a plurality of primary sheets in the thickness direction; slicing at an angle of 45° or less to obtain a secondary sheet; (D) a firing step of firing the secondary sheet to obtain a negative electrode material sheet for a non-aqueous secondary battery; (E) a binder and A coating film forming step of applying a slurry composition for forming an undercoat layer containing a carbon material onto a current collector to form a coating film; (F) Before the coating film dries, and a pasting step of pasting a negative electrode material sheet onto the coating film. Note that the method for producing a negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention may optionally include steps other than the above (A) to (F).
本発明の非水系二次電池用負極の製造方法によれば、耐衝撃性に優れ、かつ、二次電池に優れたレートを発揮させ得る二次電池用負極を製造することができる。そして、本発明の非水系二次電池用負極の製造方法によれば、本発明の二次電池用負極を効率よく製造することができる。 According to the method for producing a negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention, it is possible to produce a negative electrode for a secondary battery that has excellent impact resistance and can cause a secondary battery to exhibit an excellent rate. According to the method for producing a negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention, the negative electrode for a secondary battery of the present invention can be efficiently produced.
<(A)1次シート成形工程>
1次シート成形工程では、樹脂と粒子状炭素材料とを含む組成物を加圧してシート状に成形し、1次シートを得る。
<(A) Primary sheet forming process>
In the primary sheet forming step, a composition containing a resin and a particulate carbon material is pressurized and formed into a sheet shape to obtain a primary sheet.
<<組成物>>
上記組成物は、樹脂と粒子状炭素材料とを含む。なお、上記組成物は、繊維状炭素材料を更に含んでいてもよい。また、上記組成物は、樹脂、粒子状炭素材料、繊維状炭素材料以外の成分(その他の成分)を更に含んでいてもよい。
<<Composition>>
The composition includes a resin and a particulate carbon material. In addition, the said composition may further contain a fibrous carbon material. Further, the composition may further contain components (other components) other than the resin, particulate carbon material, and fibrous carbon material.
[樹脂]
樹脂としては、特に限定されず、任意の樹脂を用いることができる。例えば、樹脂としては、液状樹脂および固体樹脂のいずれも用いることができる。なお、樹脂は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。例えば、樹脂としては、液状樹脂と固体樹脂との双方を用いることができる。なお、樹脂として液状樹脂と固体樹脂とを併用する場合、液状樹脂と固体樹脂との質量比は、本発明の所望の効果が得られる範囲内で調整することができる。なお、樹脂全体に占める液状樹脂の含有割合が高いほど、1次シート内における粒子状炭素材料の充填率を容易に上げることができる。一方、樹脂全体に占める固体樹脂の含有割合が高いほど、一次シートの強度を上げることができる。
[resin]
The resin is not particularly limited, and any resin can be used. For example, as the resin, both liquid resin and solid resin can be used. In addition, one type of resin may be used alone, or two or more types may be used in combination. For example, both liquid resin and solid resin can be used as the resin. In addition, when a liquid resin and a solid resin are used together as resins, the mass ratio of the liquid resin and the solid resin can be adjusted within a range in which the desired effects of the present invention can be obtained. Note that the higher the content ratio of the liquid resin to the entire resin, the easier it is to increase the filling rate of the particulate carbon material in the primary sheet. On the other hand, the higher the solid resin content in the entire resin, the higher the strength of the primary sheet.
‐液状樹脂‐
そして、液状樹脂としては、常温常圧下で液体である限り、特に限定されることなく、例えば、常温常圧下で液体の熱可塑性樹脂を用いることができる。
なお、本発明において、「常温」とは23℃を指し、「常圧」とは、1atm(絶対圧)を指す。
-Liquid resin-
The liquid resin is not particularly limited as long as it is liquid at room temperature and pressure, and for example, a thermoplastic resin that is liquid at room temperature and pressure can be used.
In the present invention, "normal temperature" refers to 23° C., and "normal pressure" refers to 1 atm (absolute pressure).
液状樹脂としては、例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体(ニトリルゴム)、ポリブテンが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of the liquid resin include fluororesin, silicone resin, acrylic resin, epoxy resin, acrylonitrile-butadiene copolymer (nitrile rubber), and polybutene. These may be used alone or in combination of two or more.
‐固体樹脂‐
固体樹脂としては、常温常圧下で液体でない限り、特に限定されることなく、例えば、常温常圧下で固体の熱可塑性樹脂、常温常圧下で固体の熱硬化性樹脂等を用いることができる。
-Solid resin-
The solid resin is not particularly limited as long as it is not liquid at room temperature and pressure, and for example, thermoplastic resins that are solid at room temperature and pressure, thermosetting resins that are solid at room temperature and pressure, etc. can be used.
常温常圧下で固体の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリ(アクリル酸2-エチルヘキシル)、アクリル酸とアクリル酸2-エチルヘキシルとの共重合体、ポリメタクリル酸またはそのエステル、ポリアクリル酸またはそのエステルなどのアクリル樹脂;シリコーン樹脂;フッ素樹脂;ポリエチレン;ポリプロピレン;エチレン-プロピレン共重合体;ポリメチルペンテン;ポリ塩化ビニル;ポリ塩化ビニリデン;ポリ酢酸ビニル;エチレン-酢酸ビニル共重合体;ポリビニルアルコール;ポリアセタール;ポリエチレンテレフタレート;ポリブチレンテレフタレート;ポリエチレンナフタレート;ポリスチレン;ポリアクリロニトリル;スチレン-アクリロニトリル共重合体;アクリロニトリル-ブタジエン共重合体(ニトリルゴム);アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂);スチレン-ブタジエンブロック共重合体またはその水素添加物;スチレン-イソプレンブロック共重合体またはその水素添加物;ブチルゴム、ブタジエンゴム、ポリフェニレンエーテル;変性ポリフェニレンエーテル;脂肪族ポリアミド類;芳香族ポリアミド類;ポリアミドイミド;ポリカーボネート;ポリフェニレンスルフィド;ポリサルホン;ポリエーテルサルホン;ポリエーテルニトリル;ポリエーテルケトン;ポリケトン;ポリウレタン;液晶ポリマー;アイオノマー;などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、本発明において、ゴムは、「樹脂」に含まれるものとする。
Examples of thermoplastic resins that are solid at room temperature and normal pressure include poly(2-ethylhexyl acrylate), a copolymer of acrylic acid and 2-ethylhexyl acrylate, polymethacrylic acid or its ester, and polyacrylic acid or its ester. Acrylic resins; silicone resins; fluororesins; polyethylene; polypropylene; ethylene-propylene copolymers; polymethylpentene; polyvinyl chloride; polyvinylidene chloride; polyvinyl acetate; ethylene-vinyl acetate copolymers; polyvinyl alcohol; polyacetals ; polyethylene terephthalate; polybutylene terephthalate; polyethylene naphthalate; polystyrene; polyacrylonitrile; styrene-acrylonitrile copolymer; acrylonitrile-butadiene copolymer (nitrile rubber); acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin); styrene- Butadiene block copolymer or its hydrogenated product; Styrene-isoprene block copolymer or its hydrogenated product; Butyl rubber, butadiene rubber, polyphenylene ether; Modified polyphenylene ether; Aliphatic polyamides; Aromatic polyamides; Polyamideimide; Polycarbonate ; polyphenylene sulfide; polysulfone; polyether sulfone; polyether nitrile; polyether ketone; polyketone; polyurethane; liquid crystal polymer; ionomer; and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
Note that in the present invention, rubber is included in the "resin".
常温常圧下で固体の熱硬化性樹脂としては、例えば、天然ゴム;ブタジエンゴム;イソプレンゴム;ニトリルゴム;水素化ニトリルゴム;クロロプレンゴム;エチレンプロピレンゴム;塩素化ポリエチレン;クロロスルホン化ポリエチレン;ブチルゴム;ハロゲン化ブチルゴム;ポリイソブチレンゴム;エポキシ樹脂;ポリイミド樹脂;ビスマレイミド樹脂;ベンゾシクロブテン樹脂;フェノール樹脂;不飽和ポリエステル;ジアリルフタレート樹脂;ポリイミドシリコーン樹脂;ポリウレタン;熱硬化型ポリフェニレンエーテル;熱硬化型変性ポリフェニレンエーテル;などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of thermosetting resins that are solid at normal temperature and normal pressure include natural rubber; butadiene rubber; isoprene rubber; nitrile rubber; hydrogenated nitrile rubber; chloroprene rubber; ethylene propylene rubber; chlorinated polyethylene; chlorosulfonated polyethylene; butyl rubber; Halogenated butyl rubber; polyisobutylene rubber; epoxy resin; polyimide resin; bismaleimide resin; benzocyclobutene resin; phenolic resin; unsaturated polyester; diallyl phthalate resin; polyimide silicone resin; polyurethane; thermosetting polyphenylene ether; thermosetting modification Examples include polyphenylene ether; etc. These may be used alone or in combination of two or more.
[粒子状炭素材料]
粒子状炭素材料は、非水系二次電池の負極活物質として、リチウム等の電荷担体を吸蔵および放出し得る、炭素原子含有物質から形成される粒子状材料である。粒子状炭素材料としては、特に限定されることなく、例えば、黒鉛、カーボンブラック等が挙げられる。黒鉛としては、由来によって、天然黒鉛および人造黒鉛が挙げられる。また、黒鉛としては、形態的特徴によって、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛(鱗状黒鉛)、土状黒鉛、薄片化黒鉛等、球状黒鉛(楕円状黒鉛)が挙げられる。また、黒鉛は、処理が施されていてもなくてもよい。処理が施された黒鉛としては、例えば、酸処理黒鉛(例、膨張性黒鉛、膨張化黒鉛)等が挙げられる。カーボンブラックは、黒鉛質の炭素微結晶が数層集まって乱層構造を形成した集合体であり、具体的にはアセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等が挙げられる。また、カーボンブラックは、主成分である炭素元素と異なるヘテロ元素(例、ケイ素、窒素、ホウ素等)を含有してもよい。これらの粒子状炭素材料は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
粒子状炭素材料は、鱗片状黒鉛を含むことが好ましく、鱗片状黒鉛からなることがより好ましい。鱗片状黒鉛を用いれば、得られる負極材料シート中での垂直方向への優れた配向性を得ることができ、その結果、二次電池のレート特性を更に向上させることができるからである。また、鱗片状黒鉛を用いれば、充填性および密着性が向上し、その結果、負極活物質同士の接合強度が更に向上して得られる負極材料シートの強度を更に向上させることができるからである。なお、鱗片状黒鉛としては、例えば、日本黒鉛工業株式会社製「UP20α」等が挙げられる。
[Particulate carbon material]
A particulate carbon material is a particulate material formed from a carbon atom-containing substance that can insert and release a charge carrier such as lithium as a negative electrode active material of a non-aqueous secondary battery. The particulate carbon material is not particularly limited, and examples thereof include graphite, carbon black, and the like. Graphite includes natural graphite and artificial graphite depending on the origin. Furthermore, depending on the morphological characteristics, examples of graphite include flaky graphite, lumpy graphite (scaly graphite), earthy graphite, exfoliated graphite, and spheroidal graphite (ellipsoidal graphite). Furthermore, graphite may or may not be treated. Examples of the treated graphite include acid-treated graphite (eg, expandable graphite, expanded graphite), and the like. Carbon black is an aggregate of several layers of graphitic carbon microcrystals that form a turbostratic structure, and examples include acetylene black, Ketjen black, furnace black, channel black, and thermal lamp black. . Further, carbon black may contain a hetero element (eg, silicon, nitrogen, boron, etc.) different from the carbon element that is the main component. These particulate carbon materials may be used alone or in combination of two or more.
The particulate carbon material preferably contains flaky graphite, and more preferably consists of flaky graphite. This is because by using flaky graphite, it is possible to obtain excellent orientation in the vertical direction in the obtained negative electrode material sheet, and as a result, the rate characteristics of the secondary battery can be further improved. In addition, if flaky graphite is used, the filling properties and adhesion are improved, and as a result, the bonding strength between the negative electrode active materials is further improved, and the strength of the obtained negative electrode material sheet can be further improved. . In addition, examples of the flaky graphite include "UP20α" manufactured by Nippon Graphite Industries, Ltd.
粒子状炭素材料の体積平均粒子径は、3μm以上であることが好ましく、5μm以上であることがより好ましく、8μm以上であることが更に好ましく、12μm以上であることが一層好ましく、16μm以上であることがより一層好ましく、200μm以下であることが好ましく、150μm以下であることがより好ましく、100μm以下であることが更に好ましく、50μm以下であることが一層好ましい。粒子状炭素材料の体積平均粒子径が上記下限以上であれば、負極材料シートの密度が適度に低下することにより、リチウム等の電荷担体の移動が容易になるため、得られる二次電池のレート特性を更に向上させることができる。一方、粒子状炭素材料の体積平均粒子径が上記上限以下であれば、負極材料シートの密度が適度に高まることにより、得られる二次電池を高容量化することができる。
なお、本発明において「体積平均粒子径」は、JIS Z8825に準拠して測定することができ、レーザー回折法で測定された粒度分布(体積基準)において、小径側から計算した累積体積が50%となる粒子径を表す。
The volume average particle diameter of the particulate carbon material is preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, even more preferably 8 μm or more, even more preferably 12 μm or more, and even more preferably 16 μm or more. is even more preferable, preferably 200 μm or less, more preferably 150 μm or less, even more preferably 100 μm or less, and even more preferably 50 μm or less. If the volume average particle diameter of the particulate carbon material is equal to or larger than the above lower limit, the density of the negative electrode material sheet will be moderately reduced, which will facilitate the movement of charge carriers such as lithium, and therefore the rate of the resulting secondary battery will increase. The characteristics can be further improved. On the other hand, if the volume average particle diameter of the particulate carbon material is below the above-mentioned upper limit, the density of the negative electrode material sheet can be appropriately increased, thereby making it possible to increase the capacity of the obtained secondary battery.
In addition, in the present invention, the "volume average particle diameter" can be measured in accordance with JIS Z8825, and in the particle size distribution (volume basis) measured by laser diffraction method, the cumulative volume calculated from the small diameter side is 50%. represents the particle size.
また、粒子状炭素材料は、アスペクト比(長径/短径)が、1.2超であることが好ましく、1.5超であることがより好ましく、3以下であることが好ましく、2.1以下であることがより好ましい。粒子状炭素材料のアスペクト比が上記所定の範囲内であれば、負極材料シートの表面に対する粒子状炭素材料の配向角度が所望の範囲に容易に収まることから、リチウム等の電荷担体の移動が容易になるため、得られる二次電池のレート特性を更に向上させることができる。
本発明において、粒子状炭素材料のアスペクト比は、粒子の断面積が最大となる平面における短軸長に対する長軸長の比(すなわち、最大長軸長/最大短軸長)をいう。測定が容易であり測定誤差を低減する観点からは、粒子状炭素材料のアスペクト比は、鱗片状黒鉛の最大長軸長および最大短軸長を用いて求めることが好ましい。粒子の寸法を測定する装置は特に限定されず、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)で好適に測定することができる。
Further, the aspect ratio (major axis/breadth axis) of the particulate carbon material is preferably more than 1.2, more preferably more than 1.5, preferably 3 or less, and 2.1 It is more preferable that it is below. If the aspect ratio of the particulate carbon material is within the above-mentioned predetermined range, the orientation angle of the particulate carbon material with respect to the surface of the negative electrode material sheet can easily fall within the desired range, making it easy for charge carriers such as lithium to move. Therefore, the rate characteristics of the obtained secondary battery can be further improved.
In the present invention, the aspect ratio of a particulate carbon material refers to the ratio of the major axis length to the minor axis length (ie, maximum major axis length/maximum minor axis length) in a plane where the cross-sectional area of the particle is maximum. From the viewpoint of easy measurement and reduction of measurement errors, the aspect ratio of the particulate carbon material is preferably determined using the maximum major axis length and maximum minor axis length of flaky graphite. The device for measuring particle size is not particularly limited, and, for example, a scanning electron microscope (SEM) can suitably be used.
そして、組成物中の粒子状炭素材料の含有量は、樹脂100質量部に対して、50質量部以上であることが好ましく、80質量部以上であることがより好ましく、120質量部以上であることが更に好ましく、180質量部以上であることが一層好ましく、250質量部以上であることがより一層好ましく、500質量部以下であることが好ましく、450質量部以下であることがより好ましく、400質量部以下であることが更に好ましい。組成物中の粒子状炭素材料の含有量が上記下限以上であれば、製造される負極材料シートの密度を適度に高めて、負極材料シートの強度を向上させると共に、負極材料シートを備える負極を用いて製造した二次電池を高容量化することができる。一方、組成物中の粒子状炭素材料の含有量が上記上限以下であれば、製造される負極材料シートの密度を適度に低下させて、負極材料シートを備える負極を用いて製造した二次電池のレート特性を更に向上させると共に、当該二次電池の電解液注液性を高めることができる。 The content of the particulate carbon material in the composition is preferably 50 parts by mass or more, more preferably 80 parts by mass or more, and 120 parts by mass or more based on 100 parts by mass of the resin. It is more preferably 180 parts by mass or more, even more preferably 250 parts by mass or more, preferably 500 parts by mass or less, more preferably 450 parts by mass or less, and 400 parts by mass or less. It is more preferably less than parts by mass. If the content of the particulate carbon material in the composition is equal to or higher than the above lower limit, the density of the produced negative electrode material sheet can be appropriately increased, the strength of the negative electrode material sheet can be improved, and the negative electrode equipped with the negative electrode material sheet can be It is possible to increase the capacity of a secondary battery manufactured using this method. On the other hand, if the content of the particulate carbon material in the composition is below the above upper limit, the density of the produced negative electrode material sheet is appropriately reduced, and a secondary battery manufactured using a negative electrode equipped with the negative electrode material sheet is In addition to further improving the rate characteristics of the secondary battery, it is possible to improve the electrolyte injection performance of the secondary battery.
また、組成物中の粒子状炭素材料の体積は、樹脂および粒子状炭素材料の合計体積に対して、25体積%以上であることが好ましく、37体積%以上であることが好ましく、45体積%以上であることがより好ましく、53体積%以上であることが更に好ましく、75体積%以下であることが好ましく、70体積%以下であることがより好ましく、65体積%以下であることが更に好ましい。組成物中の樹脂および粒子状炭素材料の合計体積に占める粒子状炭素材料の体積の割合が上記下限以上であれば、製造される負極材料シートの密度を適度に高めて、負極材料シートの強度を向上させると共に、負極材料シートを備える負極を用いて製造した二次電池を高容量化することができる。一方、組成物中の樹脂および粒子状炭素材料の合計体積に占める粒子状炭素材料の体積の割合が上記上限以下であれば、製造される負極材料シートの密度を適度に低下させて、負極材料シートを備える負極を用いて製造した二次電池のレート特性を更に向上させると共に、当該二次電池の電解液注液性を高めることができる。 Further, the volume of the particulate carbon material in the composition is preferably 25% by volume or more, preferably 37% by volume or more, and 45% by volume with respect to the total volume of the resin and particulate carbon material. It is more preferably at least 53 vol%, even more preferably at least 75 vol%, more preferably at most 70 vol%, even more preferably at most 65 vol%. . If the volume ratio of the particulate carbon material to the total volume of the resin and particulate carbon material in the composition is equal to or higher than the above lower limit, the density of the produced negative electrode material sheet can be appropriately increased to improve the strength of the negative electrode material sheet. In addition, it is possible to increase the capacity of a secondary battery manufactured using a negative electrode including a negative electrode material sheet. On the other hand, if the volume ratio of the particulate carbon material to the total volume of the resin and particulate carbon material in the composition is below the above upper limit, the density of the negative electrode material sheet to be manufactured is appropriately reduced, and the negative electrode material is The rate characteristics of a secondary battery manufactured using a negative electrode including a sheet can be further improved, and the electrolyte injection performance of the secondary battery can be improved.
[繊維状炭素材料]
組成物が任意に含み得る繊維状炭素材料は、得られる負極材料シートの強度を向上させ得る材料である。
繊維状炭素材料としては、特に限定されることなく、例えば、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、有機繊維を炭化して得られる炭素繊維、および、それらの切断物などを用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
[Fibrous carbon material]
The fibrous carbon material that the composition may optionally contain is a material that can improve the strength of the resulting negative electrode material sheet.
The fibrous carbon material is not particularly limited, and for example, carbon nanotubes, vapor-grown carbon fibers, carbon fibers obtained by carbonizing organic fibers, and cut products thereof can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
ここで、上述した中でも、繊維状炭素材料としては、カーボンナノチューブなどの繊維状の炭素ナノ構造体を用いることが好ましく、カーボンナノチューブを含む繊維状の炭素ナノ構造体を用いることがより好ましい。カーボンナノチューブなどの繊維状の炭素ナノ構造体を使用すれば、得られる負極材料シートの強度を更に向上させることができる。 Here, among the fibrous carbon materials mentioned above, it is preferable to use fibrous carbon nanostructures such as carbon nanotubes, and it is more preferable to use fibrous carbon nanostructures containing carbon nanotubes. If fibrous carbon nanostructures such as carbon nanotubes are used, the strength of the resulting negative electrode material sheet can be further improved.
組成物中の繊維状炭素材料の含有量は、樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましく、1質量部以上であることが更に好ましく、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましく、2質量部以下であることが更に好ましい。組成物中の繊維状炭素材料の含有量が上記下限以上であれば、製造される負極材料シートの強度を高めることができる。一方、組成物中の繊維状炭素材料の含有量が上記上限以下であれば、製造される負極材料シート中の粒子状炭素材料の含有割合を十分に高く確保できるため、負極材料シートを備える負極を用いて製造した二次電池を十分に高容量化することができる。 The content of the fibrous carbon material in the composition is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.5 parts by mass or more, and 1 part by mass or more based on 100 parts by mass of the resin. It is more preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less, and even more preferably 2 parts by mass or less. If the content of the fibrous carbon material in the composition is at least the above lower limit, the strength of the produced negative electrode material sheet can be increased. On the other hand, if the content of the fibrous carbon material in the composition is below the above upper limit, a sufficiently high content ratio of the particulate carbon material in the produced negative electrode material sheet can be ensured, so that the negative electrode equipped with the negative electrode material sheet can be The capacity of a secondary battery manufactured using this method can be increased to a sufficiently high capacity.
また、組成物中の繊維状炭素材料の含有量は、粒子状炭素材料100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、0.2質量部以上であることがより好ましく、0.4質量部以上であることが更に好ましく、5質量部以下であることが好ましく、2質量部以下であることがより好ましく、1質量部以下であることが更に好ましい。組成物中の繊維状炭素材料の含有量が上記下限以上であれば、製造される負極材料シートの強度を高めることができる。一方、組成物中の繊維状炭素材料の含有量が上記上限以下であれば、製造される負極材料シート中の粒子状炭素材料の含有割合を十分に高く確保できるため、負極材料シートを備える負極を用いて製造した二次電池を十分に高容量化することができる。 Further, the content of the fibrous carbon material in the composition is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.2 parts by mass or more, based on 100 parts by mass of the particulate carbon material. , more preferably 0.4 parts by mass or more, preferably 5 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or less, and even more preferably 1 part by mass or less. If the content of the fibrous carbon material in the composition is at least the above lower limit, the strength of the produced negative electrode material sheet can be increased. On the other hand, if the content of the fibrous carbon material in the composition is below the above upper limit, a sufficiently high content ratio of the particulate carbon material in the produced negative electrode material sheet can be ensured, so that the negative electrode equipped with the negative electrode material sheet can be The capacity of a secondary battery manufactured using this method can be increased to a sufficiently high capacity.
[その他の成分]
組成物が任意に含み得るその他の成分としては、例えば、シリコン活物質および分散剤が挙げられる。シリコン活物質および分散剤としては、特に限定されることはなく、既知のものを用いることができる。なお、組成物中のシリコン活物質および分散剤の含有量は、本発明の所望の効果が得られる範囲内で調整することができる。
[Other ingredients]
Other components that the composition may optionally include include, for example, silicon active materials and dispersants. The silicon active material and dispersant are not particularly limited, and known ones can be used. Note that the contents of the silicon active material and the dispersant in the composition can be adjusted within a range that provides the desired effects of the present invention.
また、1次シートとなる組成物中で、固形成分の合計体積(即ち、樹脂、粒子状炭素材料、および任意で追加した繊維状炭素材料、その他の成分の合計体積)に対する粒子状炭素材料の体積の割合(体積分率)は、25体積%以上であることが好ましく、37体積%以上であることがより好ましく、45体積%以上であることが更に好ましく、53体積%以上であることが一層好ましく、75体積%以下であることが好ましく、70体積%以下であることがより好ましく、65体積%以下であることが更に好ましい。組成物中の樹脂および粒子状炭素材料の固形成分の合計体積に占める粒子状炭素材料の体積の割合が上記下限以上であれば、製造される負極材料シートの密度を適度に高めて、負極材料シートの強度を向上させると共に、負極材料シートを備える負極を用いて製造した二次電池を高容量化することができる。一方、組成物中の樹脂および粒子状炭素材料の個性成分の合計体積に占める粒子状炭素材料の体積の割合が上記上限以下であれば、製造される負極材料シートの密度を適度に低下させて、負極材料シートを備える負極を用いて製造した二次電池のレート特性を更に向上させると共に、当該二次電池の電解液注液性を高めることができる。 Also, in the composition that becomes the primary sheet, the amount of particulate carbon material relative to the total volume of solid components (i.e., the total volume of resin, particulate carbon material, optionally added fibrous carbon material, and other components) The volume ratio (volume fraction) is preferably 25 volume% or more, more preferably 37 volume% or more, even more preferably 45 volume% or more, and even more preferably 53 volume% or more. More preferably, the content is 75% by volume or less, more preferably 70% by volume or less, even more preferably 65% by volume or less. If the volume ratio of the particulate carbon material to the total volume of the resin and the solid components of the particulate carbon material in the composition is equal to or higher than the above lower limit, the density of the negative electrode material sheet to be produced is appropriately increased, and the negative electrode material In addition to improving the strength of the sheet, it is possible to increase the capacity of a secondary battery manufactured using a negative electrode including the negative electrode material sheet. On the other hand, if the volume ratio of the particulate carbon material to the total volume of the resin and the individual components of the particulate carbon material in the composition is below the above upper limit, the density of the produced negative electrode material sheet can be appropriately reduced. , the rate characteristics of a secondary battery manufactured using a negative electrode including a negative electrode material sheet can be further improved, and the electrolyte injection performance of the secondary battery can be improved.
[組成物の調製]
組成物は、特に限定されることはなく、上述した成分を混合することにより調製することができる。
なお、上述した成分の混合は、特に制限されることなく、ニーダー;ヘンシェルミキサー、ホバートミキサー、ハイスピードミキサー等のミキサー;二軸混練機;ロール;などの既知の混合装置を用いて行うことができる。また、混合は、酢酸エチル等の溶媒の存在下で行ってもよい。溶媒に予め樹脂を溶解または分散させて樹脂溶液として、粒子状炭素材料、ならびに任意で添加される繊維状炭素材料およびその他の成分と混合してもよい。なお、繊維状炭素材料として、CNTを含む繊維状の炭素ナノ構造体を用いる場合は、メチルエチルケトン等の溶媒にCNTを含む繊維状の炭素ナノ構造体と分散剤とを分散させてなる分散液を調製した後、当該分散液に少量の樹脂を添加し、溶媒を留去して得られるマスターバッチを、樹脂および粒子状炭素材料と混合してもよい。そして、混合時間は、例えば、5分間以上60分間以下とすることができる。また、混合温度は、例えば、5℃以上150℃以下とすることができる。
[Preparation of composition]
The composition is not particularly limited and can be prepared by mixing the above-mentioned components.
The above-mentioned components can be mixed using known mixing devices such as a kneader; a mixer such as a Henschel mixer, a Hobart mixer, or a high-speed mixer; a twin-screw kneader; and a roll, without any particular limitation. can. Further, the mixing may be performed in the presence of a solvent such as ethyl acetate. The resin may be dissolved or dispersed in a solvent in advance to form a resin solution and mixed with the particulate carbon material, the optionally added fibrous carbon material, and other components. In addition, when using a fibrous carbon nanostructure containing CNT as the fibrous carbon material, a dispersion liquid obtained by dispersing the fibrous carbon nanostructure containing CNT and a dispersant in a solvent such as methyl ethyl ketone is used. After preparation, a small amount of resin may be added to the dispersion, the solvent may be distilled off, and the resulting masterbatch may be mixed with the resin and particulate carbon material. The mixing time can be, for example, 5 minutes or more and 60 minutes or less. Further, the mixing temperature can be, for example, 5° C. or higher and 150° C. or lower.
<<組成物の成形>>
そして、上述のようにして調製した組成物は、任意に脱泡および解砕した後に、加圧してシート状に成形することができる。このように組成物を加圧成形したシート状のものを、1次シートとすることができる。なお、混合時に溶媒を用いている場合には、溶媒を除去してからシート状に成形することが好ましく、例えば、真空脱泡を用いて脱泡を行えば、脱泡時に溶媒の除去も同時に行うことができる。
<<Formation of composition>>
The composition prepared as described above can be optionally defoamed and crushed, and then pressurized and molded into a sheet. A sheet-like product obtained by pressure-molding the composition in this manner can be used as a primary sheet. In addition, if a solvent is used during mixing, it is preferable to remove the solvent before forming into a sheet. For example, if defoaming is performed using vacuum defoaming, the solvent can be removed at the same time as defoaming. It can be carried out.
ここで、組成物は、圧力が負荷される成形方法であれば、特に制限されることなく、プレス成形、圧延成形または押し出し成形などの既知の成形方法を用いてシート状に成形することができる。中でも、組成物は、圧延成形(一次加圧)によりシート状に成形することが好ましく、保護フィルムに挟んだ状態でロール間を通過させてシート状に成形することがより好ましい。なお、保護フィルムとしては、特に制限されることなく、サンドブラスト処理を施したポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等を用いることができる。また、ロール温度は5℃以上150℃以下、ロール間隙は50μm以上2500μm以下、ロール線圧は1kg/cm以上3000kg/cm以下、ロール速度は0.1m/分以上20m/分以下とすることができる。 Here, the composition can be molded into a sheet using any known molding method such as press molding, rolling molding, or extrusion molding, as long as it is a molding method that applies pressure. . Among these, the composition is preferably formed into a sheet by rolling (primary pressing), and more preferably by being sandwiched between protective films and passed between rolls. Note that the protective film is not particularly limited, and a sandblasted polyethylene terephthalate (PET) film or the like can be used. In addition, the roll temperature should be 5°C or more and 150°C or less, the roll gap should be 50 μm or more and 2500 μm or less, the roll linear pressure should be 1 kg/cm or more and 3000 kg/cm or less, and the roll speed should be 0.1 m/min or more and 20 m/min or less. can.
<(B)積層体形成工程>
積層体形成工程では、1次シート成形工程で得られた1次シートを厚み方向に複数枚積層して、あるいは、1次シートを折畳または捲回して、樹脂および粒子状炭素材料を含む1次シートが厚み方向に複数形成された積層体を得る。ここで、1次シートの折畳による積層体の形成は、特に制限されることなく、折畳機を用いて1次シートを一定幅で折り畳むことにより行うことができる。また、1次シートの捲回による積層体の形成は、特に制限されることなく、1次シートの短手方向または長手方向に平行な軸の回りに1次シートを捲き回すことにより行うことができる。また、1次シートの積層による積層体の形成は、特に制限されることなく、積層装置を用いて行うことができる。例えば、シート積層装置(日機装社製、製品名「ハイスタッカー」)を用いれば、層間に空気が入り込むことを抑えることができるため、良好な積層体を効率的に得ることができる。
<(B) Laminate formation process>
In the laminate forming step, a plurality of primary sheets obtained in the primary sheet forming step are laminated in the thickness direction, or the primary sheets are folded or rolled to form a laminate containing resin and particulate carbon material. Next, a laminate having a plurality of sheets formed in the thickness direction is obtained. Here, the formation of the laminate by folding the primary sheets is not particularly limited, and can be performed by folding the primary sheets to a constant width using a folding machine. In addition, the formation of a laminate by winding the primary sheet is not particularly limited, and can be performed by winding the primary sheet around an axis parallel to the transverse direction or longitudinal direction of the primary sheet. can. Furthermore, the formation of a laminate by laminating primary sheets can be performed using a laminating apparatus without any particular restriction. For example, if a sheet stacking device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., product name "High Stacker") is used, it is possible to suppress air from entering between the layers, so that a good laminate can be efficiently obtained.
なお、積層工程では、得られた積層体を、加熱しながら、積層方向に加圧(二次加圧)することが好ましい。積層体を加熱しながら積層方向に加圧する二次加圧を行うことにより、積層された1次シート相互間の融着を促進することができる。 In addition, in the lamination step, it is preferable to press the obtained laminate in the lamination direction (secondary pressurization) while heating it. By applying secondary pressure in the lamination direction while heating the laminate, it is possible to promote fusion between the laminated primary sheets.
ここで、積層体を積層方向に加圧する際の圧力は、0.05MPa以上0.50MPa以下とすることができる。
また、積層体の加熱温度は、特に限定されないが、50℃以上170℃以下であることが好ましい。
さらに、積層体の加熱時間は、例えば、10秒間以上30分間以下とすることができる。
Here, the pressure when pressurizing the laminate in the stacking direction can be 0.05 MPa or more and 0.50 MPa or less.
Further, the heating temperature of the laminate is not particularly limited, but is preferably 50°C or more and 170°C or less.
Furthermore, the heating time of the laminate can be, for example, 10 seconds or more and 30 minutes or less.
なお、1次シートを積層、折畳または捲回して得られる積層体では、粒子状炭素材料が積層方向に略直交する方向に配向していると推察される。例えば、粒子状炭素材料が鱗片形状である場合、当該鱗片形状が有する主面の長軸の方向は、積層方向に略直交していると推察される。 In addition, in a laminate obtained by laminating, folding, or winding primary sheets, it is presumed that the particulate carbon material is oriented in a direction substantially perpendicular to the lamination direction. For example, when the particulate carbon material has a scale shape, it is presumed that the direction of the long axis of the main surface of the scale shape is approximately perpendicular to the stacking direction.
<(C)スライス工程>
スライス工程では、積層体を、積層方向に対して45°以下の角度でスライスして、積層体のスライス片よりなる2次シートを得る。ここで、積層体をスライスする方法としては、特に限定されることなく、例えば、マルチブレード法、レーザー加工法、ウォータージェット法、ナイフ加工法等が挙げられる。中でも、2次シートの厚みを均一にし易い点で、ナイフ加工法が好ましい。また、積層体をスライスする際の切断具としては、特に限定されることなく、スリットを有する平滑な盤面と、このスリット部より突出した刃部とを有するスライス部材(例えば、鋭利な刃を備えたカンナやスライサー)を用いることができる
<(C) Slice process>
In the slicing step, the laminate is sliced at an angle of 45° or less with respect to the lamination direction to obtain a secondary sheet made of sliced pieces of the laminate. Here, the method for slicing the laminate is not particularly limited, and examples thereof include a multi-blade method, a laser processing method, a water jet method, a knife processing method, and the like. Among these, the knife processing method is preferred because it facilitates making the thickness of the secondary sheet uniform. The cutting tool for slicing the laminate is not particularly limited, and a slicing member having a smooth board surface with a slit and a blade protruding from the slit (for example, a cutting tool with a sharp blade) may be used. A plane or slicer) can be used.
なお、積層体をスライスする角度は、積層方向に対して30°以下であることが好ましく、積層方向に対して15°以下であることがより好ましく、積層方向に対して略0°である(即ち、積層方向に沿う方向である)ことが好ましい。
そして、このようにして得られた2次シートでは、厚み方向に粒子状炭素材料が良好に配向している。例えば、粒子状炭素材料が鱗片形状である場合、当該鱗片形状が有する主面の長軸の方向は、2次シートの厚み方向と略一致している。
The angle at which the laminate is sliced is preferably 30° or less with respect to the laminating direction, more preferably 15° or less with respect to the laminating direction, and approximately 0° with respect to the laminating direction ( In other words, it is preferable that the direction be along the stacking direction.
In the secondary sheet thus obtained, the particulate carbon material is well oriented in the thickness direction. For example, when the particulate carbon material has a scale shape, the direction of the long axis of the main surface of the scale shape substantially coincides with the thickness direction of the secondary sheet.
<(D)焼成工程>
焼成工程では、2次シートを焼成して、2次シートに含まれる樹脂を燃焼させて除去することにより、負極材料シートを得る。
<(D) Firing process>
In the firing step, the secondary sheet is fired to burn and remove the resin contained in the secondary sheet, thereby obtaining a negative electrode material sheet.
2次シートを焼成する際の加熱温度は、300℃以上であることが好ましく、500℃以上であることがより好ましく、700℃以上であることが更に好ましく、2000℃以下であることが好ましく、1500℃以下であることがより好ましく、1200℃以下であることが更に好ましい。2次シートを焼成する際の加熱温度が上記下限以上であれば、製造される負極材料シート中の樹脂の含有割合を低減して、負極材料シートを備える負極を用いて製造した二次電池のレート特性を更に向上させることができる。一方、2次シートを焼成する際の加熱温度が上記上限以下であれば、過度な加熱によって製造される負極材料シートが有する構造等が損なわれることを抑制し、負極材料シートの強度を十分に高く確保することができる。 The heating temperature when firing the secondary sheet is preferably 300°C or higher, more preferably 500°C or higher, even more preferably 700°C or higher, and preferably 2000°C or lower, The temperature is more preferably 1500°C or lower, and even more preferably 1200°C or lower. If the heating temperature when firing the secondary sheet is equal to or higher than the above lower limit, the content ratio of resin in the produced negative electrode material sheet is reduced, and the secondary battery produced using the negative electrode equipped with the negative electrode material sheet is Rate characteristics can be further improved. On the other hand, if the heating temperature when firing the secondary sheet is below the above upper limit, damage to the structure of the negative electrode material sheet produced due to excessive heating can be suppressed, and the strength of the negative electrode material sheet can be sufficiently maintained. can be secured at a high rate.
なお、2次シートを焼成する際の加熱時間は、加熱温度に応じて調整可能であるが、例えば、30分間以上72時間以下とすることができる。 Note that the heating time when firing the secondary sheet can be adjusted depending on the heating temperature, and can be, for example, 30 minutes or more and 72 hours or less.
<<負極材料シート>>
上述のようにして得られた負極材料シートは、粒子状炭素材料を含み、任意で、樹脂、繊維状炭素材料、および/またはその他の成分を更に含み得る。その他の成分としては、上述した<(A)1次シート成形工程>の項で説明したシリコン活物質などが挙げられる。
<<Negative electrode material sheet>>
The negative electrode material sheet obtained as described above contains a particulate carbon material, and may optionally further contain a resin, a fibrous carbon material, and/or other components. Examples of other components include the silicon active material described in the above section <(A) Primary sheet forming step>.
[粒子状炭素材料]
粒子状炭素材料は、負極材料シートの表面に対して垂直方向に配向している。ここで、「垂直方向に配向している」とは、粒子状炭素材料の長軸が、負極材料シートの表面に対して、所定値以上の角度で配向していることをいう。粒子状炭素材料が負極材料シートの表面に対して垂直方向に配向していれば、リチウム等の電荷担体の移動が容易になるため、得られる二次電池のレート特性を更に向上させることができる。このような粒子状炭素材料の配向性は、例えば、粒子状炭素材料の配向角度の測定値を指標として評価することができる。なお、粒子状炭素材料の配向性は、例えば、上述した負極材料シートの製造工程、使用する粒子状炭素材料の性状(例えば、アスペクト比)、後述する1次シートの膜厚を始めとする成形条件、積層体の切断角度、および、焼成の条件(例えば、温度および時間)などによって調整することができる。
[Particulate carbon material]
The particulate carbon material is oriented perpendicularly to the surface of the negative electrode material sheet. Here, "orientated in the vertical direction" means that the long axis of the particulate carbon material is oriented at an angle of a predetermined value or more with respect to the surface of the negative electrode material sheet. If the particulate carbon material is oriented perpendicularly to the surface of the negative electrode material sheet, charge carriers such as lithium can move easily, so the rate characteristics of the resulting secondary battery can be further improved. . The orientation of such a particulate carbon material can be evaluated using, for example, a measured value of the orientation angle of the particulate carbon material as an index. The orientation of the particulate carbon material is determined by, for example, the manufacturing process of the negative electrode material sheet mentioned above, the properties of the particulate carbon material used (e.g. aspect ratio), and the forming process including the film thickness of the primary sheet described below. It can be adjusted by adjusting the conditions, the cutting angle of the laminate, the firing conditions (for example, temperature and time), and the like.
粒子状炭素材料の配向角度を指標とする場合、粒子状炭素材料が負極材料シートの表面に対して垂直方向に配向していることとしては、負極材料シート中の粒子状炭素材料の配向角度は、負極材料シートの表面に対して、60°以上であることが好ましく、65°以上であることがより好ましく、70°以上であることが更に好ましく、90°以下であることが好ましい。粒子状炭素材料の配向角度が負極材料シートの表面に対して上記所定の範囲内であれば、リチウム等の電荷担体の移動が容易になるため、得られる二次電池のレート特性を更に向上させることができる。なお、本発明において、負極材料シートの表面に対する粒子状炭素材料の配向角度は、本明細書の実施例に記載の方法により測定することができる。 When the orientation angle of the particulate carbon material is used as an index, the orientation angle of the particulate carbon material in the negative electrode material sheet is considered to be oriented perpendicular to the surface of the negative electrode material sheet. The angle is preferably 60° or more, more preferably 65° or more, even more preferably 70° or more, and preferably 90° or less with respect to the surface of the negative electrode material sheet. If the orientation angle of the particulate carbon material is within the above-mentioned predetermined range with respect to the surface of the negative electrode material sheet, charge carriers such as lithium can easily move, thereby further improving the rate characteristics of the resulting secondary battery. be able to. In the present invention, the orientation angle of the particulate carbon material with respect to the surface of the negative electrode material sheet can be measured by the method described in the Examples of this specification.
負極材料シート中の粒子状炭素材料の含有割合は、92質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、97質量%以上であることが更に好ましく、100質量%以下とすることができる。負極材料シート中の粒子状炭素材料の含有割合が上記下限以上であれば、得られる二次電池のレート特性を更に向上させると共に、当該二次電池を高容量化することができる。 The content ratio of the particulate carbon material in the negative electrode material sheet is preferably 92% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, even more preferably 97% by mass or more, and 100% by mass or less. It can be done. If the content rate of the particulate carbon material in the negative electrode material sheet is equal to or higher than the above lower limit, the rate characteristics of the obtained secondary battery can be further improved and the capacity of the secondary battery can be increased.
[樹脂]
負極材料シートに任意で含まれる樹脂は、例えば、負極材料シートの前駆体である1次シートおよび2次シートを成形するために用いられた上述の樹脂のうちの一部が、焼成工程で燃焼せずに残存したものである。
[resin]
The resin optionally included in the negative electrode material sheet is, for example, a part of the above-mentioned resin used to form the primary sheet and secondary sheet, which are precursors of the negative electrode material sheet, is burned during the firing process. It is what remained without doing so.
負極材料シートの樹脂の含有割合は、通常、8質量%以下であり、3質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましい。負極材料シート中の樹脂の含有割合が上記所定値以下であれば、リチウム等の電荷担体の移動を妨げ得る樹脂が少なくなることから、電荷担体の移動が容易になるため、得られる二次電池に優れたレート特性を発揮させることができる。
また、負極材料シート中の樹脂の含有割合は、特に限定されず、0質量%以上とすることができる。そして、得られる二次電池のレート特性を更に向上させる観点から、負極材料シート中の樹脂の含有割合は0質量%であることが特に好ましい。
なお、負極材料シート中の樹脂の含有割合は、例えば、上述した負極材料シートの製造工程、使用する樹脂の種類および量、焼成の条件(例えば、温度および時間)などによって調整することができる。
The resin content of the negative electrode material sheet is usually 8% by mass or less, preferably 3% by mass or less, and more preferably 1% by mass or less. If the content ratio of the resin in the negative electrode material sheet is below the above-mentioned predetermined value, the amount of resin that can hinder the movement of charge carriers such as lithium will be reduced, and the movement of charge carriers will be facilitated. can exhibit excellent rate characteristics.
Further, the content ratio of the resin in the negative electrode material sheet is not particularly limited, and can be 0% by mass or more. From the viewpoint of further improving the rate characteristics of the obtained secondary battery, it is particularly preferable that the content of the resin in the negative electrode material sheet is 0% by mass.
The content ratio of the resin in the negative electrode material sheet can be adjusted by, for example, the manufacturing process of the negative electrode material sheet described above, the type and amount of the resin used, the firing conditions (e.g., temperature and time), etc.
[繊維状炭素材料]
負極材料シートが繊維状炭素材料を含む場合、負極材料シートの繊維状炭素材料の含有割合は、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましく、0.4質量%以上であることが更に好ましく、5質量%以下であることが好ましく、2.5質量%以下であることがより好ましく、1質量%以下であることが更に好ましい。負極材料シート中の繊維状炭素材料の含有割合が上記下限以上であれば、負極材料シートの強度を一層高めることができる。一方、負極材料シート中の繊維状炭素材料の含有割合が上記上限以下であれば、負極材料シート中の粒子状炭素材料の含有割合を十分に高く確保できるため、得られる二次電池を十分に高容量化することができる。
[Fibrous carbon material]
When the negative electrode material sheet contains a fibrous carbon material, the content of the fibrous carbon material in the negative electrode material sheet is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, It is more preferably 0.4% by mass or more, preferably 5% by mass or less, more preferably 2.5% by mass or less, and even more preferably 1% by mass or less. If the content rate of the fibrous carbon material in the negative electrode material sheet is at least the above-mentioned lower limit, the strength of the negative electrode material sheet can be further increased. On the other hand, if the content rate of the fibrous carbon material in the negative electrode material sheet is below the above upper limit, the content rate of the particulate carbon material in the negative electrode material sheet can be ensured sufficiently high, so that the resulting secondary battery can be Capacity can be increased.
[負極材料シートの表面の回折強度の比I(110)/I(004)]
負極材料シートの表面のX線回折における(004)面の回折強度に対する(110)面の回折強度の比I(110)/I(004)は、1.1以上であることが好ましく、3以上であることがより好ましく、5以上であることが更に好ましく、10以上であることが一層好ましく、20以上であることが特に好ましい。
ここで、負極活物質としての粒子状炭素材料は、そのX線回折パターンにおいて、(004)面に帰属するピークと(110)面に帰属するピークとが検出される。粒子状炭素材料の結晶構造における(110)面とは、炭素六員環からなる平面(すなわち、(004)面と等価な面)に垂直な面であることから、X線回折における(110)面のピーク強度と(004)面のピーク強度との比は、その粒子状炭素材料の結晶配向性を示す。そして、負極材料シートの表面のX線回折においてI(110)/I(004)の値が高いということは、負極材料シートの表面に垂直な方向(典型的には、負極の集電体の表面に垂直な方向に一致する。)への(004)面の配向性が高いことを示している。
したがって、回折強度の比I(110)/I(004)が上記所定値以上であれば、負極材料シートの表面に垂直な方向への(004)面の配向性が高まることから、リチウム等の電荷担体の移動が容易になるため、得られる二次電池は優れたレート特性を発揮することができる。
また、回折強度の比I(110)/I(004)は、特に限定されないが、90以下であることが好ましい。
なお、回折強度のI(110)/I(004)は、例えば、上述した負極材料シートの製造工程、使用する粒子状炭素材料の性状(例えば、アスペクト比)、後述する1次シートの膜厚を始めとする成形条件、および、焼成の条件(例えば、温度および時間)などによって調整することができる。
[Ratio of diffraction intensity on the surface of negative electrode material sheet I(110)/I(004)]
The ratio I(110)/I(004) of the diffraction intensity of the (110) plane to the diffraction intensity of the (004) plane in X-ray diffraction of the surface of the negative electrode material sheet is preferably 1.1 or more, and 3 or more. The number is more preferably 5 or more, even more preferably 10 or more, and particularly preferably 20 or more.
Here, in the X-ray diffraction pattern of the particulate carbon material as the negative electrode active material, a peak belonging to the (004) plane and a peak belonging to the (110) plane are detected. The (110) plane in the crystal structure of particulate carbon material is a plane perpendicular to the plane consisting of a six-membered carbon ring (that is, the plane equivalent to the (004) plane), so the (110) plane in X-ray diffraction The ratio of the peak intensity of the plane to the peak intensity of the (004) plane indicates the crystal orientation of the particulate carbon material. A high value of I(110)/I(004) in the X-ray diffraction of the surface of the negative electrode material sheet means that the direction perpendicular to the surface of the negative electrode material sheet (typically, This shows that the (004) plane has a high degree of orientation (coincident with the direction perpendicular to the surface).
Therefore, if the ratio of diffraction intensity I(110)/I(004) is equal to or greater than the predetermined value, the orientation of the (004) plane in the direction perpendicular to the surface of the negative electrode material sheet increases, so that lithium, etc. Since charge carriers can easily move, the obtained secondary battery can exhibit excellent rate characteristics.
Further, the ratio of diffraction intensities I(110)/I(004) is not particularly limited, but is preferably 90 or less.
The diffraction intensity I(110)/I(004) depends on, for example, the manufacturing process of the negative electrode material sheet described above, the properties of the particulate carbon material used (e.g. aspect ratio), and the film thickness of the primary sheet described later. It can be adjusted by the molding conditions including, the firing conditions (for example, temperature and time), and the like.
[負極材料シートの密度]
負極材料シートの密度は、1.3g/cm3以下であることが好ましく、1.26g/cm3以下であることがより好ましく、1.23g/cm3以下であることが更に好ましい。負極材料シートの密度が上記所定値以下であれば、負極材料シート中の空隙が増えることから、リチウム等の電荷担体の移動が容易になるため、得られる二次電池は優れたレート特性を発揮することができる。さらに、負極材料シートの密度が上記所定値以下であれば、負極材料シートの空隙が増えるため、得られる二次電池の電解液注液性を高めることができる。
また、負極材料シートの密度は、特に限定されないが、0.7g/cm3以上であることが好ましく、0.85g/cm3以上であることがより好ましく、1.05g/cm3以上であることが更に好ましい。負極材料シートの密度が上記下限以上であれば、負極材料シートの強度を十分に高く確保することができる。また、負極材料シートの密度が上記下限以上であれば、得られる二次電池を高容量化することができる。
なお、負極材料シートの密度は、例えば、上述した負極材料シートの製造工程、使用する樹脂および粒子状炭素材料の種類、性状および量比、焼成の条件(例えば、温度および時間)などによって調整することができる。
[Density of negative electrode material sheet]
The density of the negative electrode material sheet is preferably 1.3 g/cm 3 or less, more preferably 1.26 g/cm 3 or less, and even more preferably 1.23 g/cm 3 or less. If the density of the negative electrode material sheet is below the predetermined value above, the number of voids in the negative electrode material sheet increases, making it easier for charge carriers such as lithium to move, so the resulting secondary battery exhibits excellent rate characteristics. can do. Furthermore, if the density of the negative electrode material sheet is equal to or less than the above-mentioned predetermined value, the number of voids in the negative electrode material sheet increases, so that the electrolyte injectability of the obtained secondary battery can be improved.
Further, the density of the negative electrode material sheet is not particularly limited, but is preferably 0.7 g/cm 3 or more, more preferably 0.85 g/cm 3 or more, and 1.05 g/cm 3 or more. More preferably. If the density of the negative electrode material sheet is at least the above-mentioned lower limit, the strength of the negative electrode material sheet can be ensured to be sufficiently high. Moreover, if the density of the negative electrode material sheet is at least the above-mentioned lower limit, the capacity of the obtained secondary battery can be increased.
Note that the density of the negative electrode material sheet is adjusted by, for example, the manufacturing process of the negative electrode material sheet described above, the types, properties and quantitative ratios of the resin and particulate carbon material used, the firing conditions (for example, temperature and time), etc. be able to.
[負極材料シートの厚み]
負極材料シートの厚みは、80μm以上であることが好ましく、90μm以上であることがより好ましく、100μm以上であることが更に好ましく、また、500μm以下であることが好ましく、300μm以下であることがより好ましく、200μm以下であることが更に好ましい。負極材料シートの厚みが上記下限以上であれば、得られる二次電池を高容量化することができる。一方、負極材料シートの厚みが上記上限以下であれば、得られる二次電池を薄型化することができる。
[Thickness of negative electrode material sheet]
The thickness of the negative electrode material sheet is preferably 80 μm or more, more preferably 90 μm or more, even more preferably 100 μm or more, and preferably 500 μm or less, more preferably 300 μm or less. The thickness is preferably 200 μm or less, and more preferably 200 μm or less. If the thickness of the negative electrode material sheet is at least the above lower limit, the resulting secondary battery can have a high capacity. On the other hand, if the thickness of the negative electrode material sheet is below the above upper limit, the resulting secondary battery can be made thinner.
[負極材料シートの目付量]
負極材料シートの目付量は、7.5g/cm2以上であることが好ましく、9g/cm2以上であることがより好ましく、11g/cm2以上であることが更に好ましく、12g/cm2以上であることが一層好ましい。負極材料シートの目付量が上記所定値以上であれば、得られる二次電池を高容量化することができる。
また、負極材料シートの目付量は、特に限定されないが、30g/cm2以下であることが好ましく、15g/cm2以下であることがより好ましい。負極材料シートの目付量が上記所定値以下であれば、リチウム等の電荷担体の移動が容易になることから、得られる二次電池のレート特性を十分に高く確保することができる。
なお、本発明において、負極材料シートの目付量は、本明細書の実施例に記載の方法により測定することができる。
[Basic weight of negative electrode material sheet]
The basis weight of the negative electrode material sheet is preferably 7.5 g/cm 2 or more, more preferably 9 g/cm 2 or more, even more preferably 11 g/cm 2 or more, and 12 g/cm 2 or more. It is more preferable that If the basis weight of the negative electrode material sheet is equal to or greater than the above-mentioned predetermined value, the resulting secondary battery can have a high capacity.
Furthermore, the basis weight of the negative electrode material sheet is not particularly limited, but is preferably 30 g/cm 2 or less, more preferably 15 g/cm 2 or less. If the basis weight of the negative electrode material sheet is equal to or less than the above-mentioned predetermined value, charge carriers such as lithium can easily move, so that the rate characteristics of the resulting secondary battery can be ensured to be sufficiently high.
In the present invention, the basis weight of the negative electrode material sheet can be measured by the method described in the Examples of this specification.
<(E)塗膜形成工程>
塗膜形成工程では、アンダーコート層形成用スラリー組成物(以下、単に「スラリー組成物」ともいう)を集電体上に塗布して、スラリー組成物からなる塗膜を形成する。スラリー組成物は、特に限定されず、公知の方法を用いて塗布することができる。中でも、スラリー組成物はバーコート法により塗布することが好ましい。スラリー組成物の塗布量は、所望するアンダーコート層の厚み(乾燥後の厚み)に応じて適宜調整すればよい。
<(E) Paint film formation process>
In the coating film forming step, a slurry composition for forming an undercoat layer (hereinafter also simply referred to as "slurry composition") is applied onto a current collector to form a coating film made of the slurry composition. The slurry composition is not particularly limited and can be applied using a known method. Among these, it is preferable to apply the slurry composition by a bar coating method. The amount of the slurry composition applied may be adjusted as appropriate depending on the desired thickness of the undercoat layer (thickness after drying).
<<スラリー組成物>>
上記スラリー組成物は、カーボン材料およびバインダーと、任意で、カーボン材料およびバインダー以外の成分(その他の成分)とを溶媒中で混合して調製することができる。これらの成分の混合は、ニーダー;ヘンシェルミキサー、ホバートミキサー、ハイスピードミキサー等のミキサー;二軸混練機;ロール;などの既知の混合装置を用いて行うことができる。
<<Slurry composition>>
The slurry composition can be prepared by mixing the carbon material and the binder, and optionally, components other than the carbon material and the binder (other components) in a solvent. Mixing of these components can be performed using known mixing devices such as a kneader; a mixer such as a Henschel mixer, a Hobart mixer, or a high-speed mixer; a twin-screw kneader; and a roll.
[バインダー]
バインダーとしては、上述した「(A)1次シート成形工程」の項で挙げた樹脂を用いることができる。中でも、バインダーとしては、スチレン‐ブタジエンゴム(SBR)を用いることが好ましい。
[binder]
As the binder, the resins listed in the above-mentioned section of "(A) Primary sheet forming step" can be used. Among these, it is preferable to use styrene-butadiene rubber (SBR) as the binder.
[カーボン材料]
カーボン材料としては、特に限定されないが、粒子状カーボン材料および繊維状カーボン材料が挙げられる。中でも、カーボン材料としては、粒子状カーボン材料および繊維状カーボン材料のうちの少なくとも1つを用いることが好ましく、粒子状カーボン材料を用いることがより好ましい。
[Carbon material]
Carbon materials include, but are not particularly limited to, particulate carbon materials and fibrous carbon materials. Among these, as the carbon material, it is preferable to use at least one of a particulate carbon material and a fibrous carbon material, and it is more preferable to use a particulate carbon material.
‐粒子状カーボン材料‐
粒子状カーボン材料としては、特に限定されないが、「(A)1次シート成形工程」の項で挙げた、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛(鱗状黒鉛)土状黒鉛、薄片化黒鉛等の球状黒鉛(楕円状黒鉛)、およびこれらを酸処理したもの(膨張性黒鉛、膨張化黒鉛)等を用いることができる。これらは1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、得られる負極の耐衝撃性を更に高め、かつ、得られる二次電池のレート特性を更に高める観点から、粒子状カーボン材料としては膨張化黒鉛を用いることが好ましい。
また、得られる負極の耐衝撃性を更に高め、かつ、得られる二次電池のレート特性を一層高める観点から、粒子状カーボン材料の体積平均粒子径は、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましく、また、20μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましい。
-Particulate carbon material-
Particulate carbon materials include, but are not particularly limited to, spheroidal graphites (such as flaky graphite, lumpy graphite (scaly graphite), earthy graphite, and exfoliated graphite) listed in the section of "(A) Primary sheet forming process". elliptical graphite), acid-treated products thereof (expandable graphite, expanded graphite), etc. can be used. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use expanded graphite as the particulate carbon material from the viewpoint of further increasing the impact resistance of the obtained negative electrode and further improving the rate characteristics of the obtained secondary battery.
In addition, from the viewpoint of further increasing the impact resistance of the obtained negative electrode and further improving the rate characteristics of the obtained secondary battery, the volume average particle diameter of the particulate carbon material is preferably 1 μm or more, and 2 μm or more. It is more preferably 20 μm or less, and more preferably 10 μm or less.
‐繊維状カーボン材料‐
繊維状カーボン材料としては、特に限定されないが、「(A)1次シート成形工程」の項で挙げた、カーボンナノチューブなどの繊維状の炭素ナノ構造体を用いることができる。中でも、カーボンナノチューブを含む繊維状の炭素ナノ構造体を用いることが好ましく、カーボンナノチューブを用いることがより好ましい。
-Fibrous carbon material-
The fibrous carbon material is not particularly limited, but fibrous carbon nanostructures such as carbon nanotubes mentioned in the section "(A) Primary sheet forming step" can be used. Among these, it is preferable to use a fibrous carbon nanostructure containing carbon nanotubes, and it is more preferable to use carbon nanotubes.
[その他の成分]
その他の成分としては、スラリー組成物の塗工性を向上させるための増粘剤や、任意で含まれ得る繊維状の炭素ナノ構造体などを良好に分散させるための分散剤が挙げられる。
増粘剤としては、特に限定されることはなく、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース系ポリマーおよびこれらのアンモニウム塩などが挙げられる。これらの増粘剤は、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、カルボキシメチルセルロースを用いることが好ましい。
また、分散剤としては、特に限定されることはなく、既知のものを用いることができる。
[Other ingredients]
Other components include a thickener for improving the coating properties of the slurry composition and a dispersing agent for favorably dispersing fibrous carbon nanostructures that may be optionally included.
The thickener is not particularly limited, and includes cellulose polymers such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose, and ammonium salts thereof. These thickeners can be used alone or in combination of two or more. Among them, it is preferable to use carboxymethylcellulose.
Further, the dispersant is not particularly limited, and known ones can be used.
[溶媒]
スラリー組成物に使用され得る溶媒としては、特に限定されず、水および有機溶媒の何れも使用することができる。有機溶媒としては、例えば、アセトニトリル、N-メチル-2-ピロリドン、テトラヒドロフラン、アセトン、アセチルピリジン、シクロペンタノン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルホルムアミド、メチルエチルケトン、フルフラール、エチレンジアミン、ジメチルベンゼン(キシレン)、メチルベンゼン(トルエン)、シクロペンチルメチルエーテル、およびイソプロピルアルコールなどを用いることができる。中でも、水を用いることが好ましい。
また、これらの溶媒は、1種単独で、または2種以上を任意の混合比率で混合して用いることができる。
[solvent]
The solvent that can be used in the slurry composition is not particularly limited, and both water and organic solvents can be used. Examples of organic solvents include acetonitrile, N-methyl-2-pyrrolidone, tetrahydrofuran, acetone, acetylpyridine, cyclopentanone, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, methylformamide, methyl ethyl ketone, furfural, ethylenediamine, dimethylbenzene (xylene), methyl Benzene (toluene), cyclopentyl methyl ether, isopropyl alcohol, and the like can be used. Among these, it is preferable to use water.
Further, these solvents can be used alone or in a mixture of two or more at any mixing ratio.
[固形分濃度]
スラリー組成物の固形分濃度は、特に限定されないが、スラリー組成物の塗工性を向上させる観点からは、35質量%以上58質量%以下であることが好ましい。
[Solid content concentration]
The solid content concentration of the slurry composition is not particularly limited, but from the viewpoint of improving the coating properties of the slurry composition, it is preferably 35% by mass or more and 58% by mass or less.
<(F)貼付工程>
貼付工程では、上記(E)の工程で形成した塗膜が乾固する前に、上記(A)~(D)の工程を経て得られた負極材料シートをこの塗膜に貼り付ける。換言すると、貼付工程では、負極材料シートを、ウェットな状態のアンダーコート層に貼り付ける。塗膜が乾固した後に負極材料シートを貼り付けようとしても、負極材料シートとアンダーコート層との間の接着させることができず、得られる負極の耐衝撃性が悪化する。
負極材料シートを貼付ける際の、上記塗膜中に含まれていた溶媒成分の減少割合は、65体積%以下であることが好ましく、30体積%以下であることより好ましく、0体積%、すなわち溶媒成分が減少していない状態が特に好ましい。溶媒成分の減少割合が小さいほど、負極材料シートとアンダーコート層との間により高い接着性(密着性)が得られる。
負極材料シートの貼付けは、特に限定されず、例えば、負極材料シートを、乾固する前の塗膜(すなわち、ウェットな状態の塗膜)の上に載置し、該塗膜に対して押圧することにより行うことができる。
<(F) Pasting process>
In the pasting step, before the paint film formed in step (E) above dries, the negative electrode material sheet obtained through steps (A) to (D) above is pasted onto this paint film. In other words, in the attaching step, the negative electrode material sheet is attached to the wet undercoat layer. Even if an attempt is made to attach a negative electrode material sheet after the coating film has dried, the negative electrode material sheet and the undercoat layer cannot be bonded to each other, and the impact resistance of the resulting negative electrode deteriorates.
The reduction rate of the solvent component contained in the coating film when pasting the negative electrode material sheet is preferably 65% by volume or less, more preferably 30% by volume or less, and 0% by volume, i.e. It is particularly preferable that the solvent component is not reduced. The smaller the reduction rate of the solvent component, the higher the adhesiveness (adhesion) between the negative electrode material sheet and the undercoat layer.
The method of pasting the negative electrode material sheet is not particularly limited, and for example, the negative electrode material sheet is placed on a coating film before drying (i.e., a wet coating film) and pressed against the coating film. This can be done by
<その他の工程>
その他の工程としては、上記(F)の工程を経て得られた、集電体、アンダーコート層、および負極材料シートから構成される積層電極(負極)を更に乾燥する乾燥工程が挙げられる。積層体の乾燥における温度は、例えば、10℃以上100℃以下とすることができ、乾燥時間は、例えば、1分間以上24時間以下とすることができる。また、乾燥は積層電極を加圧しながら行ってもよい。
<Other processes>
Other steps include a drying step of further drying the laminated electrode (negative electrode) composed of the current collector, the undercoat layer, and the negative electrode material sheet obtained through the step (F) above. The temperature for drying the laminate can be, for example, 10° C. or more and 100° C. or less, and the drying time can be, for example, 1 minute or more and 24 hours or less. Further, the drying may be performed while applying pressure to the laminated electrode.
(非水系二次電池用負極)
本発明の非水系二次電池用負極は、集電体と、該集電体の上に形成されたアンダーコート層と、該アンダーコート層の上に形成され、かつ、該アンダーコート層に接着した負極合材層とを備えることを特徴とする。また、本発明の非水系二次電池用負極は、アンダーコート層がカーボン材料およびバインダーを含むことを特徴とする。さらに、本発明の非水系二次電池用負極は、負極合材層が粒子状炭素材料を含み、粒子状炭素材料が負極合材層の表面に対して垂直に配向しており、負極合材層中の樹脂の含有割合が8質量%以下であり、負極合材層が自立膜として存在することを特徴とする。そして、本発明の非水系二次電池用負極は、耐衝撃性に優れ、かつ、非水系二次電池に優れたレート特性を発揮させ得る。
(Negative electrode for non-aqueous secondary batteries)
The negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention comprises a current collector, an undercoat layer formed on the current collector, and an undercoat layer formed on the undercoat layer and adhered to the undercoat layer. It is characterized by comprising a negative electrode composite material layer. Further, the negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention is characterized in that the undercoat layer contains a carbon material and a binder. Furthermore, in the negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention, the negative electrode composite material layer contains a particulate carbon material, the particulate carbon material is oriented perpendicularly to the surface of the negative electrode composite material layer, and the negative electrode composite material layer contains a particulate carbon material. It is characterized in that the resin content in the layer is 8% by mass or less, and the negative electrode composite layer exists as a self-supporting film. The negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention has excellent impact resistance and can exhibit excellent rate characteristics in a non-aqueous secondary battery.
<負極合材層>
負極合材層は、粒子状炭素材料を含み、任意で、樹脂および繊維状炭素材料などのその他の成分を更に含み得る。負極合材層は、上述した「非水系二次電池用負極の製造方法」の項で説明した負極材料シートとすることができる。そして、負極合材層の性状および好ましい属性、並びに、負極合材層に含まれる各成分の性状および好ましい属性は、上述した負極材料シートのものと同じである。
<Negative electrode composite material layer>
The negative electrode composite material layer contains a particulate carbon material, and may optionally further contain other components such as a resin and a fibrous carbon material. The negative electrode composite material layer can be the negative electrode material sheet described in the above-mentioned section of "Method for manufacturing negative electrode for non-aqueous secondary battery." The properties and preferred attributes of the negative electrode composite material layer and the properties and preferred attributes of each component contained in the negative electrode composite material layer are the same as those of the negative electrode material sheet described above.
具体的には、負極合材層に含まれる粒子状炭素材料は負極合材層の表面に対して垂直に配向している。粒子状炭素材料が負極合材層の表面に対して垂直に配向していないと、得られる二次電池のレート特性が悪化する。また、負極合材層中の樹脂の含有割合は8質量%以下である。負極合材層中の樹脂の含有割合が8質量%を超えると、得られる二次電池のレート特性が悪化する。さらに、負極合材層中の粒子状炭素材料は鱗片状黒鉛を含むことが好ましい。 Specifically, the particulate carbon material contained in the negative electrode composite material layer is oriented perpendicularly to the surface of the negative electrode composite material layer. If the particulate carbon material is not oriented perpendicularly to the surface of the negative electrode composite layer, the rate characteristics of the resulting secondary battery will deteriorate. Further, the content rate of the resin in the negative electrode composite material layer is 8% by mass or less. If the content of the resin in the negative electrode composite layer exceeds 8% by mass, the rate characteristics of the resulting secondary battery will deteriorate. Furthermore, it is preferable that the particulate carbon material in the negative electrode composite material layer contains scaly graphite.
ここで、負極合材層はアンダーコート層に接着している必要がある。具体的には、負極合材層は、アンダーコート層を介して集電体に貼り合わされている必要がある。負極合材層がアンダーコート層に接着していないと負極合材層が集電体と一体化せず、負極の耐衝撃性を確保することができない。接着は、例えば、上述したとおり、アンダーコート層形成用スラリー組成物の塗膜が乾固する前に負極材料シートを貼り付けることにより達成することができる。 Here, the negative electrode composite material layer needs to be adhered to the undercoat layer. Specifically, the negative electrode composite material layer needs to be bonded to the current collector via an undercoat layer. If the negative electrode composite material layer is not adhered to the undercoat layer, the negative electrode composite material layer will not be integrated with the current collector, and the impact resistance of the negative electrode cannot be ensured. Adhesion can be achieved, for example, as described above, by pasting the negative electrode material sheet before the coating film of the slurry composition for forming an undercoat layer is dried.
なお、負極合材層がアンダーコート層と接着しているか否かは、実施例に記載の方法により確認することができる。 Note that whether or not the negative electrode composite material layer is adhered to the undercoat layer can be confirmed by the method described in Examples.
そして、負極合材層は自立膜として存在する。負極合材層として負極材料シートを用いれば、負極合材層を良好に自立膜として存在させることができる。
負極合材層が自立膜であれば、負極を構成する部材を各々作製し貼り合わせることで負極を作製することができるため、生産性を向上させることができる。
The negative electrode composite material layer exists as a self-supporting film. If a negative electrode material sheet is used as the negative electrode composite material layer, the negative electrode composite material layer can be satisfactorily present as a self-supporting film.
If the negative electrode composite material layer is a self-supporting film, the negative electrode can be manufactured by individually manufacturing the members that constitute the negative electrode and bonding them together, so that productivity can be improved.
<アンダーコート層>
アンダーコート層は、カーボン材料およびバインダーを含み、任意で、カーボン材料およびバインダー以外の成分(その他の成分)を更に含む。カーボン材料、バインダーおよびその他の成分は上述した「非水系二次電池用負極の製造方法」の項目で説明したものを用いることができる。また、これらの成分の性状および好ましい属性も、「非水系二次電池用負極の製造方法」の項目で説明したものと同じである。
<Undercoat layer>
The undercoat layer contains a carbon material and a binder, and optionally further contains components other than the carbon material and the binder (other components). As the carbon material, binder, and other components, those explained in the above-mentioned "Method for manufacturing a negative electrode for a non-aqueous secondary battery" can be used. Further, the properties and preferable attributes of these components are also the same as those explained in the section of "Method for manufacturing a negative electrode for a non-aqueous secondary battery."
<<カーボン材料>>
アンダーコート層に含まれるカーボン材料としては、特に限定されないが、粒子状カーボン材料および繊維状カーボン材料のうちの少なくとも1つを含むことが好ましく、粒子状カーボン材料を含むことがより好ましい。
アンダーコート層におけるカーボン材料の含有割合は、90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、また、99質量%以下であることが好ましく、98質量%以下であることがより好ましい。アンダーコート層中のカーボン材料の含有割合が上記範囲内であれば、得られる二次電池のレート特性を更に高めることができる。
<<Carbon material>>
The carbon material contained in the undercoat layer is not particularly limited, but preferably includes at least one of a particulate carbon material and a fibrous carbon material, and more preferably a particulate carbon material.
The content of the carbon material in the undercoat layer is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and preferably 99% by mass or less, and 98% by mass or less. It is more preferable. If the content of the carbon material in the undercoat layer is within the above range, the rate characteristics of the resulting secondary battery can be further improved.
<<バインダー>>
アンダーコート層に含まれるバインダーとしては、特に限定されないが、スチレン‐ブタジエンゴム(SBR)を含むことが好ましい。
アンダーコート層におけるバインダーの含有割合は、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましく、また、0.5質量%以下であることが好ましく、0.4質量%以下であることがより好ましい。アンダーコート層中のバインダーの含有割合が上記範囲内であれば、負極の耐衝撃性を向上させつつ、得られる二次電池のレート特性を更に高めることができる。
<<Binder>>
The binder included in the undercoat layer is not particularly limited, but preferably includes styrene-butadiene rubber (SBR).
The content ratio of the binder in the undercoat layer is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, and preferably 0.5% by mass or less, and More preferably, the content is .4% by mass or less. If the content of the binder in the undercoat layer is within the above range, the rate characteristics of the resulting secondary battery can be further improved while improving the impact resistance of the negative electrode.
<<その他の成分>>
アンダーコート層中におけるその他の成分の含有割合は、本発明の所望の効果が害されない範囲内で調整することができる。
<<Other ingredients>>
The content of other components in the undercoat layer can be adjusted within a range that does not impair the desired effects of the present invention.
<<厚み>>
アンダーコート層の厚みは、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましく、4μm以上であることが更に好ましく、また、15μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましい。アンダーコート層の厚みが上記所定の範囲内であれば、負極の耐衝撃性を向上させつつ、非水系二次電池のレート特性を一層向上させることができる。
<<Thickness>>
The thickness of the undercoat layer is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, even more preferably 4 μm or more, and preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less. preferable. If the thickness of the undercoat layer is within the above-mentioned predetermined range, it is possible to further improve the rate characteristics of the non-aqueous secondary battery while improving the impact resistance of the negative electrode.
<集電体>
集電体としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金等の材料からなる集電体を用いることができる。中でも、負極に用いる集電体としては銅箔が特に好ましい。なお、上述した材料は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
<Current collector>
As the current collector, for example, a current collector made of a material such as iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold, or platinum can be used. Among these, copper foil is particularly preferred as the current collector used for the negative electrode. Note that the above-mentioned materials may be used alone or in combination of two or more in any ratio.
(非水系二次電池)
本発明の非水系二次電池は、上述した本発明の非水系二次電池用負極を備えることを特徴とする。
例えば、本発明の非水系二次電池は、正極と、負極と、電解液と、セパレータとを備え、負極として、本発明の非水系二次電池用負極を用いたものである。そして、本発明の非水系二次電池は、本発明の非水系二次電池用負極を用いているので、優れたレート特性を発揮することができる。以下、非水系二次電池がリチウムイオン二次電池である場合を例に挙げ、正極、電解液、およびセパレータについて記載するが、本発明はこれらの例示に限定されるものではない。
(Non-aqueous secondary battery)
The non-aqueous secondary battery of the present invention is characterized by comprising the above-described negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention.
For example, the non-aqueous secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator, and uses the negative electrode for non-aqueous secondary batteries of the present invention as the negative electrode. Since the non-aqueous secondary battery of the present invention uses the negative electrode for non-aqueous secondary batteries of the present invention, it can exhibit excellent rate characteristics. Hereinafter, the case where the non-aqueous secondary battery is a lithium ion secondary battery will be taken as an example, and the positive electrode, electrolyte, and separator will be described, but the present invention is not limited to these examples.
<正極>
正極としては、リチウムイオン二次電池用正極として用いられる既知の正極を用いることができる。具体的には、正極としては、例えば、正極合材層を集電体上に形成してなる正極を用いることができる。
なお、集電体としては、アルミニウム等の金属材料からなるものを用いることができる。また、正極合材層としては、既知の正極活物質と、導電材と、結着材とを含む層を用いることができる。
<Positive electrode>
As the positive electrode, a known positive electrode used as a positive electrode for lithium ion secondary batteries can be used. Specifically, as the positive electrode, for example, a positive electrode formed by forming a positive electrode composite material layer on a current collector can be used.
Note that as the current collector, one made of a metal material such as aluminum can be used. Further, as the positive electrode composite material layer, a layer containing a known positive electrode active material, a conductive material, and a binder can be used.
<電解液>
電解液としては、溶媒に電解質を溶解した電解液を用いることができる。
ここで、溶媒としては、電解質を溶解可能な有機溶媒を用いることができる。具体的には、溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ-ブチロラクトン等のアルキルカーボネート系溶媒に、2,5-ジメチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、酢酸メチル、ジメトキシエタン、ジオキソラン、プロピオン酸メチル、ギ酸メチル等の粘度調整溶媒を添加したものを用いることができる。
電解質としては、リチウム塩を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、特開2012-204303号公報に記載のものを用いることができる。これらのリチウム塩の中でも、有機溶媒に溶解しやすく、高い解離度を示すという点より、電解質としてはLiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。
<Electrolyte>
As the electrolytic solution, an electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in a solvent can be used.
Here, as the solvent, an organic solvent that can dissolve the electrolyte can be used. Specifically, the solvent includes alkyl carbonate solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and γ-butyrolactone, 2,5-dimethyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl acetate, and dimethoxyethane. , dioxolane, methyl propionate, methyl formate, etc. can be used.
A lithium salt can be used as the electrolyte. As the lithium salt, for example, those described in JP-A-2012-204303 can be used. Among these lithium salts, LiPF 6 , LiClO 4 , and CF 3 SO 3 Li are preferred as electrolytes because they are easily soluble in organic solvents and exhibit a high degree of dissociation.
<セパレータ>
セパレータとしては、特に限定されず、既知のものを用いることができ、例えば、特開2012-204303号公報に記載のものを用いることができる。これらの中でも、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、リチウムイオン二次電池内の電極活物質の比率を高くして体積あたりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系の樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)からなる微多孔膜が好ましい。
<Separator>
The separator is not particularly limited, and any known separator can be used. For example, the separator described in JP-A No. 2012-204303 can be used. Among these, polyolefins are preferred because they can reduce the overall film thickness of the separator, thereby increasing the ratio of the electrode active material in the lithium ion secondary battery and increasing the capacity per volume. Microporous membranes made of resins (polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride) are preferred.
<非水系二次電池の製造方法>
本発明の非水系二次電池は、例えば、正極と、負極とを、セパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口することにより製造することができる。二次電池の内部の圧力上昇、過充放電などの発生を防止するために、必要に応じて、ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子、エキスパンドメタル、リード板などを設けてもよい。二次電池の形状は、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。
<Method for manufacturing non-aqueous secondary battery>
The non-aqueous secondary battery of the present invention can be produced by, for example, stacking a positive electrode and a negative electrode with a separator interposed therebetween, and rolling or folding this according to the shape of the battery as necessary and placing it in a battery container. It can be manufactured by injecting an electrolyte into the container and sealing it. In order to prevent an increase in pressure inside the secondary battery, overcharging and discharging, etc., a fuse, an overcurrent prevention element such as a PTC element, an expanded metal, a lead plate, etc. may be provided as necessary. The shape of the secondary battery may be, for example, a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylindrical shape, a square shape, a flat shape, or the like.
以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「%」および「部」は、特に断らない限り、質量基準である。なお、実施例における各種の測定および評価は以下の方法に従って行った。
<X線回折>
負極材料シート(または塗布電極の負極合材層)の表面のX線回折は、PANalytical製「X’ Pert PRO MPD」を用いて行った。得られたピークの中から、(110)面に相当する2Θ=77度のピーク高さ(回折強度)、および、(004)面に相当する2Θ=54.5度のピーク高さ(回折強度)を用いて、(004)面の回折強度に対する(110)面の回折強度の比I(110)/I(004)の値を算出した。
<樹脂の含有割合>
各実施例および比較例における配合、および焼成前後の重量の比較から、以下の数値を算出した。
理論残渣率=(粒子状炭素材料の合計値)÷(各配合の合計値)
実測残渣率=(焼成後重量)÷(焼成前重量)
樹脂の含有割合=1-(理論残渣率)÷(実測残渣率)
<粒子状炭素材料の配向角度>
負極材料シート(または塗布電極の負極合材層)中の粒子状炭素材料の配向角度は、負極材料シートを正八角形に切断した断面を走査型電子顕微鏡(SEM、日立ハイテクノロジーズ製「SU-3500」)にて当該シートの上端から下端までが収まる倍率で観察した。なお、このときの倍率は700倍であった。この断面における粒子状炭素材料の長軸に50本線を引き、負極材料シートの表面に対する長軸の角度の平均を算出した。これを8面に対して実施し、8面の中で最も値の大きなものを負極材料シート(負極合材層)中の粒子状炭素材料の配向角度とした。
<厚み>
膜厚計(ミツトヨ製、製品名「デジマチックインジケーター ID-C112XBS」)を用いて、負極材料シート(または塗布電極の負極合材層)の略中心点および四隅(四角)の計五点における厚みを測定し、測定した厚みの平均値(μm)を負極材料シート(負極合材層)の厚みとした。同様に、アンダーコート層の厚み(乾燥膜の厚み)を測定した。
<密度>
負極材料シート(または塗布電極の負極合材層)の質量、面積および厚みを測定し、質量を体積(=面積×厚み)で割ることにより、負極材料シート(負極合材層)の密度を算出した。
<目付量>
負極材料シート(または塗布電極の負極合材層)の密度に厚みを掛けることにより、負極材料シート(負極合材層)の目付量を算出した。
<負極合材層とアンダーコート層との接着の有無>
実施例および比較例で作製した負極(積層電極)を積層方向が水平方向と平行になるように水平な状態から90°傾けた際に、負極材料シート(または塗布電極)がアンダーコート層から離脱しなければ両者が接着していると判断し、負極材料シート(または塗布電極)がアンダーコート層から離脱した場合、両者は接着していないと判断した。
<耐衝撃性>
実施例および比較例で作製した各負極を13Φのハンドパンチ(野上技研製)で打ち抜いた。打ち抜いた時の負極の崩れ具合を下記基準に基づいて評価した。なお、負極合材層が集電体と一体になっていれば、打ち抜きの衝撃で負極が崩壊することはないが、接着が不十分な場合、打ち抜き時の衝撃で負極が崩れる。
A:打ち抜き後に負極合材層に欠けが一切見られない
B:打ち抜き時に負極合材層にクラックが入る
C:打ち抜き時に負極合材層に2つ以下の欠けが入る
D:負極が3個以上に分裂し、形を保てなくなる。
<自立膜性>
実施例および比較例で作製した各負極を直径10cmの円筒の表面に集電体を密着させるようにして這わせることで、負極材料シート(負極合材層)を集電体およびアンダーコート層から剥離させた。そして、負極材料シートのみが剥離される場合を、負極材料シート(負極合材層)が自立膜であると判断し、負極材料シート(負極合材層)がアンダーコート層と一体となって剥離される場合を、負極材料シート(負極合材層)が自立膜ではないと判断した。
なお、剥離したか否かの判別は目視で行ってもよいが、目視が困難な場合は走査型電子顕微鏡(SEM)等で解析を行ってもよい。
<レート特性>
<<電極評価用セルの製造>>
下記に示す構成で評価用のリチウムイオン二次電池のハーフセル(半電池)を作製した。なお、ハーフセルの作製は、各部材を17mmφサイズに打ち抜き、真空乾燥(120℃×10時間)した後、露点-80℃以下のドライボックス内にて行った。
〔ハーフセルの構成〕
作用極:負極(負極材料シートをアンダーコート層に貼り付けてなる負極、または、塗布電極をアンダーコート層に貼り付けてなる負極)
対極:Li金属
参照極:Li金属
セパレータ:ガラス不織布、ポリエチレン(PE)微多孔膜
電解液:濃度1.0MのLiPF6溶液(溶媒はエチレンカーボネート(EC)/メチルエチルカーボネート(MEC)=3/7(体積比)の混合溶媒、添加剤としてビニレンカーボネート(VC)を1体積%(溶媒比)含有)
<<充放電試験>>
得られた評価用のハーフセルについて、以下の条件1で充放電試験を行った。
(充放電試験条件)
(条件1)
充電条件:0.2C 充電電圧0.01V-CCCV(0.05Ccut)
放電条件:0.2C 終止電圧2.5V-CC
サイクル数:10サイクル
次いで、以下の条件2で更に充放電試験を行った。
(条件2)
試験温度:25℃
充電条件:0.2C 充電電圧0.01V-CCCV(0.05Ccut)
放電条件:2.0C 終止電圧2.5V-CC
サイクル数:10サイクル
試験温度:25℃
そして、0.2Cにおける放電容量(条件1にて測定)に対する2.0Cにおける放電容量(条件2にて測定)の割合を百分率で算出したもの(=(2.0Cにおける放電容量/0.2Cにおける放電容量)×100%)を充放電レート特性とし、下記基準で評価した。結果を表1に示す。充放電レート特性の値が大きいほど、内部抵抗が小さく、高速充放電が可能である(すなわち、レート特性に優れる)ことを示す。
A:充放電レート特性の値が65%以上
B:充放電レート特性の値が47.5%以上65%未満
C:充放電レート特性の値が30%以上47.5%未満
D:充放電レート特性の値が30%未満
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically explained based on Examples, but the present invention is not limited to these Examples. In the following description, "%" and "part" representing amounts are based on mass unless otherwise specified. In addition, various measurements and evaluations in Examples were performed according to the following methods.
<X-ray diffraction>
X-ray diffraction of the surface of the negative electrode material sheet (or the negative electrode composite layer of the coated electrode) was performed using "X' Pert PRO MPD" manufactured by PANalytical. Among the obtained peaks, the peak height (diffraction intensity) at 2Θ = 77 degrees corresponding to the (110) plane, and the peak height (diffraction intensity) at 2Θ = 54.5 degrees corresponding to the (004) plane. ) was used to calculate the value of the ratio I(110)/I(004) of the diffraction intensity of the (110) plane to the diffraction intensity of the (004) plane.
<Resin content ratio>
The following numerical values were calculated from the formulations in each Example and Comparative Example and a comparison of the weights before and after firing.
Theoretical residue rate = (total value of particulate carbon material) ÷ (total value of each blend)
Actual residue rate = (weight after firing) ÷ (weight before firing)
Resin content ratio = 1 - (theoretical residue rate) ÷ (actually measured residue rate)
<Orientation angle of particulate carbon material>
The orientation angle of the particulate carbon material in the negative electrode material sheet (or the negative electrode composite layer of the coated electrode) was determined by scanning a cross section of the negative electrode material sheet into a regular octagon using a scanning electron microscope (SEM, Hitachi High-Technologies SU-3500). '') at a magnification that covered the sheet from the top to the bottom. Note that the magnification at this time was 700 times. Fifty lines were drawn along the long axis of the particulate carbon material in this cross section, and the average angle of the long axis with respect to the surface of the negative electrode material sheet was calculated. This was carried out for 8 surfaces, and the largest value among the 8 surfaces was taken as the orientation angle of the particulate carbon material in the negative electrode material sheet (negative electrode composite material layer).
<Thickness>
Using a film thickness meter (manufactured by Mitutoyo, product name "Digimatic Indicator ID-C112XBS"), measure the thickness at a total of five points, approximately the center point and the four corners (squares) of the negative electrode material sheet (or the negative electrode composite layer of the coated electrode). was measured, and the average value (μm) of the measured thickness was taken as the thickness of the negative electrode material sheet (negative electrode composite material layer). Similarly, the thickness of the undercoat layer (thickness of the dry film) was measured.
<Density>
Calculate the density of the negative electrode material sheet (negative electrode composite layer) by measuring the mass, area, and thickness of the negative electrode material sheet (or negative electrode composite layer of the coated electrode), and dividing the mass by the volume (=area x thickness). did.
<Basic weight>
The basis weight of the negative electrode material sheet (negative electrode composite material layer) was calculated by multiplying the density of the negative electrode material sheet (or the negative electrode composite material layer of the coated electrode) by the thickness.
<Whether there is adhesion between the negative electrode composite layer and the undercoat layer>
When the negative electrodes (laminated electrodes) prepared in Examples and Comparative Examples were tilted 90 degrees from a horizontal state so that the stacking direction was parallel to the horizontal direction, the negative electrode material sheet (or coated electrode) separated from the undercoat layer. If the negative electrode material sheet (or the coated electrode) was separated from the undercoat layer, it was determined that the two were not adhered.
<Impact resistance>
Each of the negative electrodes produced in Examples and Comparative Examples was punched out using a 13Φ hand punch (manufactured by Nogami Giken). The degree of collapse of the negative electrode when punched out was evaluated based on the following criteria. Note that if the negative electrode composite material layer is integrated with the current collector, the negative electrode will not collapse due to the impact of punching, but if the adhesion is insufficient, the negative electrode will collapse due to the impact during punching.
A: No chips are found in the negative electrode composite layer after punching B: Cracks appear in the negative electrode composite layer during punching C: Two or less chips appear in the negative electrode composite layer during punching D: Three or more negative electrodes It splits into pieces and cannot keep its shape.
<Self-supporting film>
By making each negative electrode produced in Examples and Comparative Examples spread over the surface of a cylinder with a diameter of 10 cm with the current collector in close contact with the current collector, the negative electrode material sheet (negative electrode composite layer) was separated from the current collector and undercoat layer. Peeled off. When only the negative electrode material sheet is peeled off, it is determined that the negative electrode material sheet (negative electrode composite layer) is a self-supporting film, and the negative electrode material sheet (negative electrode composite layer) is peeled off as one with the undercoat layer. It was determined that the negative electrode material sheet (negative electrode composite material layer) was not a self-supporting film.
Note that whether or not the peeling has occurred may be determined visually, but if visual inspection is difficult, analysis may be performed using a scanning electron microscope (SEM) or the like.
<Rate characteristics>
<<Manufacture of electrode evaluation cell>>
A half cell (half cell) of a lithium ion secondary battery for evaluation was produced with the configuration shown below. The half cells were produced by punching out each member to a size of 17 mm, vacuum drying (120° C. x 10 hours), and then placing it in a dry box with a dew point of −80° C. or lower.
[Half cell configuration]
Working electrode: negative electrode (negative electrode formed by pasting a negative electrode material sheet on an undercoat layer, or a negative electrode formed by pasting a coated electrode on an undercoat layer)
Counter electrode: Li metal Reference electrode: Li metal Separator: Glass nonwoven fabric, polyethylene (PE) microporous membrane Electrolyte: LiPF 6 solution with a concentration of 1.0M (solvent: ethylene carbonate (EC)/methyl ethyl carbonate (MEC) = 3/ 7 (volume ratio) mixed solvent, containing 1 volume % (solvent ratio) of vinylene carbonate (VC) as an additive)
<<Charging/discharging test>>
A charge/discharge test was conducted on the obtained half cell for evaluation under Condition 1 below.
(Charge/discharge test conditions)
(Condition 1)
Charging conditions: 0.2C Charging voltage 0.01V-CCCV (0.05Ccut)
Discharge conditions: 0.2C Final voltage 2.5V-CC
Number of cycles: 10 cycles Next, a charge/discharge test was further conducted under Condition 2 below.
(Condition 2)
Test temperature: 25℃
Charging conditions: 0.2C Charging voltage 0.01V-CCCV (0.05Ccut)
Discharge conditions: 2.0C Final voltage 2.5V-CC
Number of cycles: 10 cycles Test temperature: 25℃
Then, the ratio of the discharge capacity at 2.0C (measured under condition 2) to the discharge capacity at 0.2C (measured under condition 1) is calculated as a percentage (=(discharge capacity at 2.0C/0.2C The charge/discharge rate characteristics were evaluated using the following criteria: The results are shown in Table 1. The larger the value of the charge/discharge rate characteristic, the smaller the internal resistance and the higher the rate of charge/discharge (ie, the better the rate characteristic).
A: The value of the charge/discharge rate characteristic is 65% or more B: The value of the charge/discharge rate characteristic is 47.5% or more and less than 65% C: The value of the charge/discharge rate characteristic is 30% or more and less than 47.5% D: Charge/discharge Rate characteristic value is less than 30%
(実施例1)
<組成物の調製>
常温常圧下で液体のニトリルゴム(NBR)(日本ゼオン株式会社製、商品名「Nipol 1312」、分解開始温度:336℃)140部と、常温常圧下で固体のニトリルゴム(NBR)(日本ゼオン株式会社製、商品名「Nipol 3350」、分解開始温度:375℃)140部と、粒子状炭素材料としての鱗片状黒鉛(日本黒鉛工業株式会社製、商品名「UP20α」、体積平均粒子径:20μm、アスペクト比=2)950部(全体を100体積部とした際に、60体積部に相当する量)とを加圧ニーダー(日本スピンドル製)を用いて、温度150℃にて20分間撹拌混合した。次に、得られた混合物を解砕機(大阪ケミカル社製、商品名「ワンダークラッシュミルD3V-10」)に投入して、10秒間解砕することにより、組成物を得た。
(Example 1)
<Preparation of composition>
140 parts of nitrile rubber (NBR) that is liquid at room temperature and normal pressure (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., product name "Nipol 1312", decomposition start temperature: 336°C) and nitrile rubber (NBR) that is solid at room temperature and normal pressure (Nippon Zeon Co., Ltd., product name "Nipol 3350", decomposition start temperature: 375 ° C.) 140 parts, and scaly graphite as particulate carbon material (Nippon Graphite Industries Co., Ltd., product name "UP20α", volume average particle diameter: 20 μm, aspect ratio = 2) 950 parts (equivalent to 60 parts by volume when the whole is 100 parts by volume) were stirred at a temperature of 150°C for 20 minutes using a pressure kneader (manufactured by Nippon Spindle). Mixed. Next, the obtained mixture was put into a crusher (manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd., trade name "Wonder Crush Mill D3V-10") and crushed for 10 seconds to obtain a composition.
<1次シートの形成>
次いで、得られた組成物50gを、サンドブラスト処理を施した厚み50μmのPETフィルム(保護フィルム)で挟み、ロール間隙1000μm、ロール温度50℃、ロール線圧50kg/cm、ロール速度1m/分の条件にて圧延成形(一次加圧)し、厚み0.8mmの1次シートを得た。
<Formation of primary sheet>
Next, 50 g of the obtained composition was sandwiched between sandblasted PET films (protective films) with a thickness of 50 μm, and the conditions were as follows: roll gap 1000 μm, roll temperature 50°C, roll linear pressure 50 kg/cm, and roll speed 1 m/min. The sheet was rolled and formed (primary pressing) to obtain a primary sheet having a thickness of 0.8 mm.
<積層体の形成>
続いて、得られた1次シートを縦150mm×横150mm×厚み0.8mmに裁断し、1次シートの厚み方向に188枚積層し、更に、温度120℃、圧力0.1MPaで3分間、積層方向にプレス(二次加圧)することにより、高さ約150mmの積層体を得た。
<Formation of laminate>
Subsequently, the obtained primary sheet was cut into 150 mm long x 150 mm wide x 0.8 mm thick, 188 sheets were laminated in the thickness direction of the primary sheet, and further, the sheets were cut at a temperature of 120° C. and a pressure of 0.1 MPa for 3 minutes. A laminate with a height of about 150 mm was obtained by pressing (secondary pressing) in the stacking direction.
<2次シートの形成>
その後、二次加圧された積層体の積層側面を0.3MPaの圧力で押し付けながら、木工用スライサー(株式会社丸仲鐵工所製、商品名「超仕上げかんな盤スーパーメカS」)を用いて、積層方向に対して0度の角度で(換言すれば、積層された1次シートの主面の法線方向に)スライスすることにより、縦150mm×横150mm×厚み0.10mmの2次シートを得た。
<Formation of secondary sheet>
After that, while pressing the stacked side surface of the secondary pressurized laminate with a pressure of 0.3 MPa, use a wood slicer (manufactured by Marunaka Iron Works Co., Ltd., product name "Super Finish Planer Super Mecha S"). Then, by slicing at an angle of 0 degrees to the stacking direction (in other words, in the normal direction of the main surface of the stacked primary sheets), a secondary sheet of 150 mm long x 150 mm wide x 0.10 mm thick is made. Got a sheet.
<負極材料シートの作製>
その後、得られた2次シートを窒素雰囲気下にて1000℃で8時間焼成し、樹脂成分を燃焼させて除去することにより、負極材料シートを得た。得られた負極材料シートについて、(004)面の回折強度に対する(110)面の回折強度の比I(110)/I(004)、粒子状炭素材料の配向角度、厚み、密度、および目付量を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of negative electrode material sheet>
Thereafter, the obtained secondary sheet was fired at 1000° C. for 8 hours in a nitrogen atmosphere to burn and remove the resin component, thereby obtaining a negative electrode material sheet. Regarding the obtained negative electrode material sheet, the ratio of the diffraction intensity of the (110) plane to the diffraction intensity of the (004) plane, I(110)/I(004), the orientation angle, thickness, density, and basis weight of the particulate carbon material. was measured. The results are shown in Table 1.
<アンダーコート層形成用スラリー組成物の調製>
平均粒径7μmの膨張化黒鉛(伊藤黒鉛社製:製品名「EC-1500」)を粉砕して平均粒径を1.5μmに調整した小粒径黒鉛粉末とバインダーとしてのスチレン‐ブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、これらの材料の質量比が100:0.2:0.2となるように配合した。得られた混合物を溶媒としての水に固形分濃度が27%になるように添加および混合し、アンダーコート層形成用スラリー組成物を得た。
<Preparation of slurry composition for forming undercoat layer>
Small particle size graphite powder prepared by crushing expanded graphite with an average particle size of 7 μm (manufactured by Ito Graphite Co., Ltd., product name "EC-1500") and adjusting the average particle size to 1.5 μm, and styrene-butadiene rubber as a binder ( SBR) and carboxymethylcellulose (CMC) as a thickener were blended so that the mass ratio of these materials was 100:0.2:0.2. The obtained mixture was added to water as a solvent and mixed so that the solid content concentration was 27% to obtain a slurry composition for forming an undercoat layer.
<積層電極(負極)の作製>
バーコーターNo.10(テスター産業社製、SA-203、No.10)を用いて、得られたアンダーコート層形成用スラリー組成物を集電体としての銅箔上に塗布して塗膜を得た。その後、塗膜が乾固しないうちに(溶剤減少率:10%)、塗膜に負極材料シートを載せ、次いで指で軽く押すことで、負極材料シートを塗膜と接着させた。なお、塗布から指での接着までの間は3秒であった。
そして、得られた積層体を、60℃で8時間真空乾燥させて、負極を得た。なお、アンダーコート層の乾燥膜厚は4μmであった。この負極を用いて各種測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<Preparation of laminated electrode (negative electrode)>
Bar coater No. 10 (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd., SA-203, No. 10), the obtained slurry composition for forming an undercoat layer was applied onto a copper foil as a current collector to obtain a coating film. Thereafter, before the coating film dried (solvent reduction rate: 10%), a negative electrode material sheet was placed on the coating film, and then the negative electrode material sheet was adhered to the coating film by pressing lightly with a finger. Note that the time from application to adhesion with fingers was 3 seconds.
Then, the obtained laminate was vacuum dried at 60° C. for 8 hours to obtain a negative electrode. Note that the dry film thickness of the undercoat layer was 4 μm. Various measurements and evaluations were performed using this negative electrode. The results are shown in Table 1.
(実施例2)
アンダーコート層形成用スラリー組成物を塗布する際に、バーコーターNo.22(テスター産業社製、SA-203、No.22)を用いた以外は実施例1と同様にして負極を製造し、各種測定および評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 2)
When applying the slurry composition for forming an undercoat layer, bar coater No. A negative electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except for using No. 22 (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd., SA-203, No. 22), and various measurements and evaluations were performed. The results are shown in Table 1.
(実施例3)
アンダーコート層形成用スラリー組成物を塗布する際に、バーコーターNo.6(テスター産業社製、SA-203、No.6)を用いた以外は実施例1と同様にして負極を製造し、各種測定および評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 3)
When applying the slurry composition for forming an undercoat layer, bar coater No. A negative electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 6 (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd., SA-203, No. 6) was used, and various measurements and evaluations were performed. The results are shown in Table 1.
(実施例4)
負極材料シートを作製する際に、鱗片状黒鉛の配合量を950部から700部に変更(全体を100体積部とした際に、50体積部に相当する量)した以外は実施例1と同様にして負極を製造し、各種測定および評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 4)
Same as Example 1 except that when producing the negative electrode material sheet, the blending amount of flaky graphite was changed from 950 parts to 700 parts (an amount equivalent to 50 parts by volume when the whole is 100 parts by volume). A negative electrode was manufactured using the same method, and various measurements and evaluations were performed. The results are shown in Table 1.
(比較例1)
負極材料シートを貼り付ける前に、アンダーコート層形成用スラリー組成物の塗膜を60℃で8時間真空乾燥して乾固(溶剤減少率:90%)させた以外は実施例1と同様にして負極を製造し、各種測定および評価を行った。結果を表1に示す。なお、集電体である銅箔とアンダーコート層との間の接着は良好であったものの、負極材料シートとアンダーコート層との間の接着は全くなかったため、負極の耐衝撃性が悪かった。また、負極材料シートがアンダーコート層と接着しなかったため、ハーフセルを作製することができず、二次電池のレート特性を測定することができなかった。
(Comparative example 1)
The procedure was the same as in Example 1, except that before pasting the negative electrode material sheet, the coating film of the slurry composition for forming an undercoat layer was vacuum dried at 60 ° C. for 8 hours to dryness (solvent reduction rate: 90%). A negative electrode was manufactured and various measurements and evaluations were performed. The results are shown in Table 1. Although the adhesion between the copper foil, which is the current collector, and the undercoat layer was good, there was no adhesion between the negative electrode material sheet and the undercoat layer, so the impact resistance of the negative electrode was poor. . Furthermore, since the negative electrode material sheet did not adhere to the undercoat layer, it was not possible to fabricate a half cell, and it was not possible to measure the rate characteristics of the secondary battery.
(比較例2)
実施例1で作製した負極材料シートに代えて、焼成をしなった二次シートをそのまま負極材料シートとして用いた以外は実施例1と同様にして負極を製造し、各種測定および評価を行った。結果を表1に示す。なお、負極材料シートを焼成しておらず、多量の樹脂成分を含むことから、負極が電極として作用せず、電池性能を全く示さなかった。
(Comparative example 2)
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that the unfired secondary sheet was used as the negative electrode material sheet instead of the negative electrode material sheet produced in Example 1, and various measurements and evaluations were performed. . The results are shown in Table 1. Note that because the negative electrode material sheet was not fired and contained a large amount of resin component, the negative electrode did not function as an electrode and did not exhibit any battery performance.
(比較例3)
実施例1で作製した負極材料シートに代えて、下記のとおり調製した負極合材層用スラリー組成物をアンダーコート層上に塗布し、次いで得られた塗膜を乾燥することによりアンダーコート層上に負極合材層(厚み:108μm)が形成された塗布電極を製造した以外は実施例1と同様にして負極を製造し、各種測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<負極合材層用スラリー組成物の調製>
実施例1で粒子状炭素材料として用いた鱗片状黒鉛(日本黒鉛工業株式会社製、商品名「UP20α」)と、カルボキシメチルセルロース(CMC)と、スチレン‐ブタジエンゴム(SBR)とを、UP20α:CMC:SBR=97.5:1.0:1.5(質量比)となるように混合して、負極合材層用スラリー組成物を得た。
Instead of the negative electrode material sheet prepared in Example 1, a slurry composition for a negative electrode composite layer prepared as below was applied onto the undercoat layer, and then the resulting coating film was dried to form a slurry composition on the undercoat layer. A negative electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a coated electrode on which a negative electrode composite layer (thickness: 108 μm) was formed was manufactured, and various measurements and evaluations were performed. The results are shown in Table 1.
<Preparation of slurry composition for negative electrode composite layer>
The flaky graphite used as the particulate carbon material in Example 1 (manufactured by Nippon Graphite Industries Co., Ltd., trade name "UP20α"), carboxymethyl cellulose (CMC), and styrene-butadiene rubber (SBR) were mixed into UP20α:CMC. :SBR=97.5:1.0:1.5 (mass ratio) to obtain a slurry composition for a negative electrode composite layer.
表1より、アンダーコート層形成用スラリー組成物からなる塗膜が乾固する前に、所定の二次シートを焼成してなる負極材料シートを該塗膜に貼り合わせて製造した負極を用いた実施例1~4では、負極の耐衝撃性が優れるとともに、非水系二次電池のレート特性が優れることがわかる。 From Table 1, before the coating film made of the slurry composition for forming an undercoat layer was dried, a negative electrode produced by baking a prescribed secondary sheet and laminating the negative electrode material sheet to the coating film was used. It can be seen that in Examples 1 to 4, the impact resistance of the negative electrode is excellent, and the rate characteristics of the non-aqueous secondary battery are excellent.
本発明によれば、耐衝撃性に優れ、かつ、非水系二次電池に優れたレート特性を発揮させることができる負極およびその製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、レート特性に優れる非水系二次電池を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a negative electrode that has excellent impact resistance and allows a non-aqueous secondary battery to exhibit excellent rate characteristics, and a method for manufacturing the same.
Further, according to the present invention, a non-aqueous secondary battery with excellent rate characteristics can be provided.
Claims (10)
前記1次シートを厚み方向に複数枚積層して、あるいは、前記1次シートを折畳または捲回して、積層体を得る積層体形成工程と、
前記積層体を積層方向に対して45°以下の角度でスライスして、2次シートを得るスライス工程と、
前記2次シートを焼成して非水系二次電池用負極材料シートを得る焼成工程と、
カーボン材料およびバインダーを含むアンダーコート層形成用スラリー組成物を集電体上に塗布して塗膜を形成する塗膜形成工程と、
前記塗膜が乾固する前に、前記非水系二次電池用負極材料シートを前記塗膜に貼り付ける貼付工程とを含む、非水系二次電池用負極の製造方法。 A primary sheet forming step of pressurizing and forming a composition containing a resin and a particulate carbon material into a sheet to obtain a primary sheet;
a laminate forming step of laminating a plurality of the primary sheets in the thickness direction, or folding or winding the primary sheets to obtain a laminate;
A slicing step of slicing the laminate at an angle of 45° or less with respect to the lamination direction to obtain a secondary sheet;
a firing step of firing the secondary sheet to obtain a negative electrode material sheet for a non-aqueous secondary battery;
a coating film forming step of applying a slurry composition for forming an undercoat layer containing a carbon material and a binder onto a current collector to form a coating film;
A method for producing a negative electrode for a non-aqueous secondary battery, the method comprising: pasting the negative electrode material sheet for a non-aqueous secondary battery on the coating film before the coating film dries.
前記アンダーコート層はカーボン材料およびバインダーを含み、
前記負極合材層は粒子状炭素材料を含み、
前記粒子状炭素材料は、前記負極合材層の表面に対して垂直に配向しており、
前記負極合材層中の樹脂の含有割合は8質量%以下であり、
前記負極合材層は自立膜として存在する、非水系二次電池用負極。 comprising a current collector, an undercoat layer formed on the current collector, and a negative electrode composite layer formed on the undercoat layer and adhered to the undercoat layer,
The undercoat layer includes a carbon material and a binder,
The negative electrode composite material layer includes a particulate carbon material,
The particulate carbon material is oriented perpendicularly to the surface of the negative electrode composite layer,
The content of the resin in the negative electrode composite layer is 8% by mass or less,
The negative electrode for a non-aqueous secondary battery, in which the negative electrode composite material layer exists as a self-supporting film.
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2022
- 2022-03-30 JP JP2022057628A patent/JP2023149190A/en active Pending
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