JP2024058944A - Anode mixture, method of manufacturing anode, anode and secondary battery - Google Patents

Anode mixture, method of manufacturing anode, anode and secondary battery Download PDF

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Abstract

【課題】二次電池の容量を高めるとともにサイクル耐久性を向上できる、負極合材の提供。【解決手段】負極活物質と導電剤と結着材とを含む負極合材であって、前記負極活物質が金属系活物質を含み、前記導電剤が、BET比表面積が700~1500m2/gであり、かつDBP吸油量が300~600ml/100gであるカーボンブラック、及び単層カーボンナノチューブを含む、負極合材。【選択図】なし[Problem] To provide a negative electrode mixture that can increase the capacity of a secondary battery and improve cycle durability. [Solution] The negative electrode mixture includes a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder, wherein the negative electrode active material includes a metal-based active material, and the conductive agent includes carbon black having a BET specific surface area of 700 to 1500 m2/g and a DBP oil absorption of 300 to 600 ml/100 g, and single-walled carbon nanotubes. [Selected Figures] None

Description

本発明は、負極合材、負極の製造方法、負極および二次電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode mixture, a method for manufacturing a negative electrode, a negative electrode, and a secondary battery.

環境負荷の低減を実現するために、二次電池を電源として用いるハイブリット自動車や電気自動車の開発が進められている。電気自動車においては航続距離の向上が要求され、二次電池には更なる高容量化が要求されている。 To reduce the burden on the environment, hybrid and electric vehicles that use secondary batteries as power sources are being developed. There is a demand for improved driving range for electric vehicles, and secondary batteries with even higher capacities are being demanded.

二次電池としては、高容量、高耐久性が得られやすい点で、リチウムイオン二次電池が主に用いられる。通常、リチウムイオン二次電池は、正極、負極及び電解質を備えて構成され、正極及び負極は、活物質、導電剤及び結着材を含む。活物質は、リチウムイオン二次電池の容量に関わる重要な因子であり、従来、負極活物質としては主に黒鉛が用いられている。 As a secondary battery, lithium-ion secondary batteries are mainly used because they are easy to obtain high capacity and high durability. Normally, lithium-ion secondary batteries are composed of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and the positive electrode and the negative electrode contain an active material, a conductive agent, and a binder. The active material is an important factor related to the capacity of a lithium-ion secondary battery, and conventionally, graphite has mainly been used as the negative electrode active material.

近年、より高容量のリチウムイオン二次電池を実現し得る負極活物質として、シリコン系活物質等の金属系活物質が注目されている。
特許文献1には、シリコン(Si)、シリコン合金、酸化シリコン、シリコン-炭素複合材、酸化シリコン-炭素複合材等のシリコン系活物質と、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維等の炭素材料と、特定のバインダーとを含むアノード組成物が記載されている。
In recent years, metal-based active materials such as silicon-based active materials have been attracting attention as negative electrode active materials that can realize higher-capacity lithium-ion secondary batteries.
Patent Document 1 describes an anode composition that contains a silicon-based active material such as silicon (Si), a silicon alloy, silicon oxide, a silicon-carbon composite, or a silicon oxide-carbon composite; a carbon material such as carbon black, acetylene black, ketjen black, graphite, graphene, carbon nanotubes, or vapor-grown carbon fiber; and a specific binder.

特表2019-522317号公報JP 2019-522317 A

特許文献1のように、負極活物質としてシリコン系活物質を用いると、黒鉛活物質を用いた場合に比べて、二次電池の容量が向上する。その一方で、シリコン系活物質は、充放電時のリチウムの吸蔵及び放出に伴う体積変化が大きく、微細化に伴う電極からの脱離や集電体との剥離、電極の導電パス切断等が生じやすいため、二次電池のサイクル耐久性が低下する。
そこで、本発明は、二次電池の容量を高めるとともにサイクル耐久性を向上できる、負極合材の提供を目的とする。
As disclosed in Patent Document 1, when a silicon-based active material is used as the negative electrode active material, the capacity of the secondary battery is improved compared to when a graphite active material is used. On the other hand, the silicon-based active material undergoes a large volume change accompanying the absorption and release of lithium during charging and discharging, and is prone to detachment from the electrode, peeling from the current collector, and disconnection of the conductive path of the electrode due to miniaturization, thereby reducing the cycle durability of the secondary battery.
Therefore, an object of the present invention is to provide a negative electrode mixture that can increase the capacity of a secondary battery and improve the cycle durability.

本発明は以下の態様を有する。
[1]負極活物質と導電剤と結着材とを含む負極合材であって、前記負極活物質が金属系活物質を含み、前記導電剤が、BET比表面積が700~1500m/gであり、かつDBP吸油量が300~600ml/100gであるカーボンブラック、及び単層カーボンナノチューブを含む、負極合材。
[2]前記導電剤の総質量に対して、前記単層カーボンナノチューブの含有量が1~20質量%である、[1]に記載の負極合材。
[3]前記負極活物質の総質量に対して、前記導電剤の含有量が1~30質量%である、[1]又は[2]に記載の負極合材。
[4]前記金属系活物質がSi系活物質を含む、[1]~[3]のいずれか一項に記載の負極合材。
[5]前記[1]~[4]のいずれか一項に記載の負極合材を、集電体上に塗工する工程を有する、負極の製造方法。
[6]負極集電体と、前記負極集電体上に存在する負極合材層とを有し、前記負極合材層が、負極活物質と導電剤と結着材とを含み、前記負極活物質が金属系活物質を含み、前記導電剤が、BET比表面積が700~1500m/gであり、かつDBP吸油量が300~600ml/100gであるカーボンブラック、及び単層カーボンナノチューブを含む、負極。
[7]前記[6]に記載の負極と、正極と、前記負極及び正極との間に存在する電解質とを備える、二次電池。
The present invention has the following aspects.
[1] A negative electrode mixture comprising a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder, wherein the negative electrode active material comprises a metal-based active material, and the conductive agent comprises carbon black having a BET specific surface area of 700 to 1500 m 2 /g and a DBP oil absorption of 300 to 600 ml/100 g, and single-walled carbon nanotubes.
[2] The negative electrode mixture according to [1], wherein the content of the single-walled carbon nanotubes is 1 to 20 mass% with respect to the total mass of the conductive agent.
[3] The negative electrode mixture according to [1] or [2], wherein the content of the conductive agent is 1 to 30 mass% with respect to the total mass of the negative electrode active material.
[4] The negative electrode mixture according to any one of [1] to [3], wherein the metal-based active material contains a Si-based active material.
[5] A method for producing a negative electrode, comprising a step of applying the negative electrode mixture according to any one of [1] to [4] above onto a current collector.
[6] A negative electrode comprising a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer present on the negative electrode current collector, the negative electrode mixture layer including a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder, the negative electrode active material including a metal-based active material, and the conductive agent including carbon black having a BET specific surface area of 700 to 1500 m 2 /g and a DBP oil absorption of 300 to 600 ml/100 g, and single-walled carbon nanotubes.
[7] A secondary battery comprising the negative electrode according to [6] above, a positive electrode, and an electrolyte present between the negative electrode and the positive electrode.

本発明によれば、二次電池の容量を高めるとともにサイクル耐久性を向上できる、負極合材が得られる。 The present invention provides a negative electrode composite that can increase the capacity of a secondary battery and improve its cycle durability.

(負極合材)
本実施形態の負極合材は、負極活物質と、導電剤(以下「負極導電剤」ともいう。)と、結着材(以下「負極結着材」ともいう。)とを含有する組成物である。負極合材は、必要に応じて溶媒(以下「負極溶媒」ともいう。)を含んでもよい。以下、溶媒を含む負極合材を「負極合材スラリー」ともいう。
(Negative electrode mixture)
The negative electrode mixture of this embodiment is a composition containing a negative electrode active material, a conductive agent (hereinafter also referred to as "negative electrode conductive agent"), and a binder (hereinafter also referred to as "negative electrode binder"). The negative electrode mixture may contain a solvent (hereinafter also referred to as "negative electrode solvent") as necessary. Hereinafter, the negative electrode mixture containing a solvent is also referred to as "negative electrode mixture slurry".

<負極活物質>
本実施形態において、負極活物質は金属系活物質を含む。金属系活物質は、黒鉛などの炭素系活物質に比べて容量を高めやすい材料である。
金属系活物質としては、リチウムと合金化及び脱合金化が可能な金属又は半金属又はこれらの化合物が好ましい。前記金属又は半金属としては、Si、Sn、Al、Sb、Bi、As、Ge及びPbからなる群(I)から選択される1種以上が挙げられる。金属系活物質として、前記群(I)から選択される1種を用いてもよく、前記群(I)から選択される2種以上の混合物を用いてもよく、前記群(I)から選択される2種以上の合金を用いてもよい。前記化合物としては、前記金属の酸化物、前記半金属の酸化物、前記金属と前記半金属の複合体などが挙げられる。
金属系活物質は表面が炭素材料で被覆されていてもよい。
<Negative Electrode Active Material>
In this embodiment, the negative electrode active material includes a metal-based active material, which is a material that is easier to increase the capacity of compared to carbon-based active materials such as graphite.
The metal-based active material is preferably a metal or metalloid or a compound thereof capable of alloying and dealloying with lithium. The metal or metalloid may be one or more selected from group (I) consisting of Si, Sn, Al, Sb, Bi, As, Ge and Pb. The metal-based active material may be one or more selected from group (I), a mixture of two or more selected from group (I), or an alloy of two or more selected from group (I). The compound may be an oxide of the metal, an oxide of the metalloid, a complex of the metal and the metalloid, or the like.
The surface of the metal-based active material may be coated with a carbon material.

より高容量化しやすい点から、金属系活物質がSi系活物質を含むことが好ましい。
Si系活物質の具体例としては、シリコン(Si)、シリコンと前記群(I)から選択される1種以上(シリコンを除く)との混合物、シリコンと前記群(I)から選択される1種以上(シリコンを除く)の合金、酸化シリコン、炭素材料で被覆されたシリコン、炭素材料で被覆された酸化シリコン等が挙げられる。
From the viewpoint of facilitating the attainment of a higher capacity, it is preferable that the metal-based active material contains a Si-based active material.
Specific examples of the Si-based active material include silicon (Si), a mixture of silicon and one or more selected from group (I) (excluding silicon), an alloy of silicon and one or more selected from group (I) (excluding silicon), silicon oxide, silicon coated with a carbon material, and silicon oxide coated with a carbon material.

負極活物質は、金属系活物質と炭素系活物質を含んでもよい。
炭素系活物質としては低結晶性炭素、高結晶性炭素等が使用できる。低結晶性炭素としては、軟化炭素及び硬化炭素等が挙げられる。高結晶性炭素としては、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解炭素、メソフェーズピッチ系炭素繊維、メソカーボンマイクロビーズ、メソフェーズピッチ、石油系コークス、石炭系コークス等が挙げられる。
The negative electrode active material may include a metal-based active material and a carbon-based active material.
As the carbon-based active material, low-crystalline carbon, high-crystalline carbon, etc. can be used. Examples of low-crystalline carbon include softened carbon and hardened carbon. Examples of high-crystalline carbon include natural graphite, kish graphite, pyrolytic carbon, mesophase pitch-based carbon fiber, mesocarbon microbeads, mesophase pitch, petroleum coke, coal-based coke, etc.

負極活物質の総質量に対して、金属系活物質は5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましい。100質量%でもよい。
金属系活物質の総質量に対して、Si系活物質は50質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましい。100質量%でもよい。
The amount of the metal-based active material is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and may be 100% by mass, based on the total mass of the negative electrode active material.
The amount of the Si-based active material is preferably 50% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, based on the total mass of the metal-based active material, and may be 100% by mass.

<負極導電剤>
本実施形態において負極導電剤は、カーボンブラック及びカーボンナノチューブを含む。
<Negative electrode conductive material>
In this embodiment, the negative electrode conductive agent includes carbon black and carbon nanotubes.

≪カーボンブラック≫
カーボンブラックの種類は、特に限定されず、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック等が挙げられる。また、黒鉛化処理や酸化処理などが施されたカーボンブラックを用いることもできる。
負極合材スラリーを製造する際に、カーボンブラックとして、分散剤を使用して溶媒中に分散させたカーボンブラックスラリーを用いることもできる。
Carbon black
The type of carbon black is not particularly limited, and examples thereof include furnace black, channel black, thermal black, acetylene black, etc. Carbon black that has been subjected to a graphitization treatment or an oxidation treatment can also be used.
When producing the negative electrode mixture slurry, carbon black slurry in which carbon black is dispersed in a solvent using a dispersant can also be used.

カーボンブラックの平均一次粒子径は、20~55nmであることが好ましく、30~50nmであることがより好ましい。
本明細書において、カーボンブラックの平均一次粒子径は、以下の方法で測定される。
すなわち、測定対象のカーボンブラックをクロロホルムに加え、超音波分散機により150kHz、0.4kWの条件で10分間超音波処理して分散試料を作成し、得られた分散試料をカーボン補強した支持膜に振り掛けて固定する。支持膜上の分散試料を透過型電子顕微鏡で撮影し、50000~200000倍に拡大した画像から、Endterの装置を用いてランダムに1000個以上のカーボンブラックの粒子径を測定し、その平均値を平均一次粒子径とする。
The average primary particle size of the carbon black is preferably from 20 to 55 nm, and more preferably from 30 to 50 nm.
In this specification, the average primary particle size of carbon black is measured by the following method.
That is, the carbon black to be measured is added to chloroform, and ultrasonically treated for 10 minutes at 150 kHz and 0.4 kW using an ultrasonic disperser to prepare a dispersion sample, which is then sprinkled on and fixed onto a carbon-reinforced support film. The dispersion sample on the support film is photographed using a transmission electron microscope, and the particle sizes of 1,000 or more carbon black particles are measured randomly using an Ender device from the image magnified 50,000 to 200,000 times, and the average value is taken as the average primary particle size.

本実施形態において、負極導電剤は、BET比表面積が700~1500m/gであり、かつDBP吸油量が300~600ml/100gであるカーボンブラック(以下、「カーボンブラック(Z)」ともいう。)を含む。 In this embodiment, the negative electrode conductive agent contains carbon black having a BET specific surface area of 700 to 1500 m 2 /g and a DBP oil absorption of 300 to 600 ml/100 g (hereinafter also referred to as "carbon black (Z)").

カーボンブラック(Z)のBET比表面積は、700m/g~1500m/gであり、1200m/g~1500m/gが好ましい。カーボンブラックのBET比表面積が前記範囲の下限値以上であると、負極合材中でカーボンブラックの導電ネットワークが十分に形成されて良好な導電性が得られやすい。BET比表面積が前記範囲の上限値以下であると、負極合材スラリーの粘度上昇が抑制されてカーボンブラックの分散性が高められ、良好な導電性が得られやすい。
本明細書において、カーボンブラックのBET比表面積は、窒素吸着によりBET法で測定される値であり、ASTM D3037に準拠した条件で測定される。
The BET specific surface area of the carbon black (Z) is 700 m 2 /g to 1500 m 2 /g, preferably 1200 m 2 /g to 1500 m 2 /g. When the BET specific surface area of the carbon black is equal to or greater than the lower limit of the above range, a conductive network of the carbon black is sufficiently formed in the negative electrode mixture, making it easy to obtain good conductivity. When the BET specific surface area is equal to or less than the upper limit of the above range, an increase in the viscosity of the negative electrode mixture slurry is suppressed, the dispersibility of the carbon black is increased, and good conductivity is easily obtained.
In this specification, the BET specific surface area of carbon black is a value measured by the BET method using nitrogen adsorption, and is measured under conditions in accordance with ASTM D3037.

カーボンブラック(Z)のDBP吸油量は、300ml/100g~600ml/100gであり、350ml/100g~550ml/100gが好ましい。カーボンブラックのDBP吸油量が前記範囲の下限値以上であると、負極合材中でカーボンブラックの導電ネットワークが十分に形成されて良好な導電性が得られやすい。カーボンブラックのDBP吸油量が前記範囲の上限値以下であると、負極合材スラリーの粘度上昇が抑制されてカーボンブラックの分散性が高められ、良好な導電性が得られやすい。
本明細書において、カーボンブラックのDBP吸油量は、ASTM D 2414に準拠した条件で測定される値である。
The DBP oil absorption of carbon black (Z) is 300 ml/100 g to 600 ml/100 g, preferably 350 ml/100 g to 550 ml/100 g. When the DBP oil absorption of carbon black is equal to or greater than the lower limit of the above range, a conductive network of carbon black is sufficiently formed in the negative electrode mixture, making it easier to obtain good conductivity. When the DBP oil absorption of carbon black is equal to or less than the upper limit of the above range, the viscosity increase of the negative electrode mixture slurry is suppressed, the dispersibility of carbon black is increased, and good conductivity is easily obtained.
In this specification, the DBP oil absorption of carbon black is a value measured under conditions in accordance with ASTM D 2414.

カーボンブラック(Z)としては、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製品名「ケッチェンブラックEC300J」、「ケッチェンブラックEC600JD」、「カーボンECP」、「カーボンECP600JD」等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Examples of carbon black (Z) include, but are not limited to, Lion Specialty Chemicals Co., Ltd. product names "Ketjen Black EC300J", "Ketjen Black EC600JD", "Carbon ECP", and "Carbon ECP600JD".

本実施形態において、負極導電剤は、本発明の効果を損なわない範囲で、カーボンブラック(Z)以外の他のカーボンブラックを含んでもよい。 In this embodiment, the negative electrode conductive agent may contain carbon black other than carbon black (Z) as long as the effects of the present invention are not impaired.

≪カーボンナノチューブ≫
カーボンナノチューブは、通常、単層カーボンナノチューブと、二層カーボンナノチューブと、多層カーボンナノチューブとに分類される。
負極合材スラリーを製造する際に、カーボンナノチューブとして、分散剤を使用して溶媒中に分散させたカーボンナノチューブスラリー(以下、「CNTスラリー」ともいう。)を用いることもできる。
Carbon nanotubes
Carbon nanotubes are generally classified into single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, and multi-walled carbon nanotubes.
When producing the negative electrode mixture slurry, a carbon nanotube slurry (hereinafter, also referred to as "CNT slurry") in which carbon nanotubes are dispersed in a solvent using a dispersant can also be used.

本実施形態において、負極導電剤は、単層カーボンナノチューブを含む。単層カーボンナノチューブは平面的なグラファイトを円筒状に巻いた形状を有しており、一層のグラファイトが巻かれた構造を有する。
単層カーボンナノチューブの平均外径は0.1~10nmが好ましく、0.5~5nmがより好ましい。
本明細書における単層カーボンナノチューブの平均外径は、例えば、透過型電子顕微鏡を用いて、任意のカーボンナノチューブ約100本について外径を計測し、その平均値を算出することで求められる。
In this embodiment, the negative electrode conductive agent includes a single-walled carbon nanotube. The single-walled carbon nanotube has a cylindrical shape of planar graphite rolled up, and has a structure in which one layer of graphite is rolled up.
The average outer diameter of the single-walled carbon nanotubes is preferably 0.1 to 10 nm, and more preferably 0.5 to 5 nm.
The average outer diameter of the single-walled carbon nanotubes in this specification can be determined, for example, by measuring the outer diameters of approximately 100 random carbon nanotubes using a transmission electron microscope and calculating the average value.

単層カーボンナノチューブのBET比表面積は、200m/g~1500m/gであることが好ましく、400m/g~1200m/gであることがより好ましい。単層カーボンナノチューブのBET比表面積が下限値以上であると、負極合材中で単層カーボンナノチューブの導電ネットワークが十分に形成されて良好な導電性が得られやすい。単層カーボンナノチューブのBET比表面積が上限値以下であると、負極合材スラリーを調製する際の分散工程において単層カーボンナノチューブを解しやすく、単層カーボンナノチューブの構造破壊が生じ難いため、良好な導電性が得られやすい。
本明細書において、カーボンナノチューブのBET比表面積は、窒素吸着によりBET法で測定される値であり、ASTM D3037に準拠した条件で測定される。
The BET specific surface area of the single-walled carbon nanotubes is preferably 200 m 2 /g to 1500 m 2 /g, and more preferably 400 m 2 /g to 1200 m 2 /g. When the BET specific surface area of the single-walled carbon nanotubes is equal to or greater than the lower limit, a conductive network of the single-walled carbon nanotubes is sufficiently formed in the negative electrode mixture, and good conductivity is easily obtained. When the BET specific surface area of the single-walled carbon nanotubes is equal to or less than the upper limit, the single-walled carbon nanotubes are easily disentangled in the dispersion step when preparing the negative electrode mixture slurry, and the structure of the single-walled carbon nanotubes is less likely to be destroyed, and good conductivity is easily obtained.
In this specification, the BET specific surface area of the carbon nanotubes is a value measured by the BET method using nitrogen adsorption, and is measured under conditions in accordance with ASTM D3037.

単層カーボンナノチューブの炭素純度は、単層カーボンナノチューブ100質量%に対して、70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましい。炭素純度を上記範囲にすることにより、不純物によってデンドライトが形成されショートが起こる等の不具合を防ぐことができる。 The carbon purity of the single-walled carbon nanotubes is preferably 70% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more, relative to 100% by mass of the single-walled carbon nanotubes. By keeping the carbon purity within the above range, it is possible to prevent problems such as short circuits caused by the formation of dendrites due to impurities.

上記した平均外径、BET比表面積、及び炭素純度を満たす単層カーボンナノチューブとして、例えば、日本ゼオン株式会社製品名「ZEONANO(登録商標) SG101」、OCSiAl社製品名「TUBALL(登録商標)」等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Examples of single-walled carbon nanotubes that satisfy the above average outer diameter, BET specific surface area, and carbon purity include, but are not limited to, Zeon Corporation's product name "ZEONANOS (registered trademark) SG101" and OCSiAl's product name "TUBALL (registered trademark)."

本実施形態において、負極導電剤は、本発明の効果を損なわない範囲で、単層カーボンナノチューブ以外の他のカーボンナノチューブを含んでもよい。 In this embodiment, the negative electrode conductive agent may contain carbon nanotubes other than single-walled carbon nanotubes as long as the effects of the present invention are not impaired.

≪負極導電剤の含有量≫
負極合材に添加される負極導電剤の割合は、負極合材に含まれる金属系活物の割合に応じて変化し得る。金属系活物質の添加割合の増加に伴って、負極導電剤の添加割合を増加させてもよく、金属系活物質の添加割合の減少に伴って、負極導電剤の添加割合を減少させてもよい。
<Anode conductive agent content>
The ratio of the negative electrode conductive agent added to the negative electrode mixture can be changed according to the ratio of the metal-based active material contained in the negative electrode mixture. The ratio of the negative electrode conductive agent added may be increased as the ratio of the metal-based active material added increases, and the ratio of the negative electrode conductive agent added may be decreased as the ratio of the metal-based active material added decreases.

金属系活物質を含む負極活物質の総質量に対して、負極導電剤の含有量は0.1質量%~30質量%であることが好ましく、1質量%~20質量%であることがより好ましい。負極導電剤の添加量を上記範囲内に規定することで、電極反応を阻害することなく、十分な導電性が得られる。加えて、優れたサイクル耐久性が得られる。 The content of the negative electrode conductive agent is preferably 0.1% by mass to 30% by mass, and more preferably 1% by mass to 20% by mass, relative to the total mass of the negative electrode active material including the metal-based active material. By specifying the amount of the negative electrode conductive agent to be added within the above range, sufficient conductivity can be obtained without inhibiting the electrode reaction. In addition, excellent cycle durability can be obtained.

本実施形態において、負極導電剤の総質量に対して、単層カーボンナノチューブの含有量は、1~20質量%であることが好ましく、1~10質量%であることがより好ましい。
本実施形態において、負極導電剤の総質量に対して、カーボンブラック(Z)の含有量は、80~99質量%であることが好ましく、90~99質量%であることがより好ましい。
In this embodiment, the content of the single-walled carbon nanotubes is preferably 1 to 20 mass %, and more preferably 1 to 10 mass %, relative to the total mass of the negative electrode conductive agent.
In the present embodiment, the content of carbon black (Z) is preferably 80 to 99 mass %, and more preferably 90 to 99 mass %, relative to the total mass of the negative electrode conductive agent.

本実施形態において、カーボンブラック(Z)と単層カーボンナノチューブとの合計質量に対する単層カーボンナノチューブの割合((単層カーボンナノチューブの質量/(カーボンブラック(Z)の質量+単層カーボンナノチューブの質量)×100))は、特に制限されないが、1~20質量%であることが好ましく、1~10質量%であることがより好ましい。上記範囲であると、カーボンブラック(Z)が活物質粒子間の空隙を十分に充填し、かつ、単層カーボンナノチューブがこれらの周りを効果的に補強するのに適する。そのため、負極合材層における電子伝導性がより向上することから、容量発現率が高くなる。また、負極合材層の強度がより高くなることから、より優れたサイクル耐久性が得られる。 In this embodiment, the ratio of single-walled carbon nanotubes to the total mass of carbon black (Z) and single-walled carbon nanotubes ((mass of single-walled carbon nanotubes/(mass of carbon black (Z)+mass of single-walled carbon nanotubes)×100)) is not particularly limited, but is preferably 1 to 20 mass%, and more preferably 1 to 10 mass%. Within the above range, carbon black (Z) is suitable for sufficiently filling the gaps between the active material particles, and the single-walled carbon nanotubes are suitable for effectively reinforcing the surroundings. Therefore, the electronic conductivity in the negative electrode mixture layer is further improved, and the capacity expression rate is increased. In addition, the strength of the negative electrode mixture layer is further increased, and thus better cycle durability is obtained.

本実施形態において、負極導電剤は、本発明の効果を損なわない範囲で、カーボンブラック(Z)及び単層カーボンナノチューブ以外の他の導電剤を含んでもよい。
負極導電剤の総質量に対して、他の導電剤の含有量は50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましい。ゼロでもよい。
負極導電剤は、単層カーボンナノチューブ以外の他のカーボンナノチューブ(二層又は多層カーボンナノチューブ)を含まないか、又は含む場合は少量であることが好ましい。
例えば、単層カーボンナノチューブに対して、他のカーボンナノチューブの含有量は50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましい。ゼロでもよい。他のカーボンナノチューブの含有量が上記上限値以下であると、容量発現率が高く、また、優れたサイクル耐久性が得られる。
In the present embodiment, the negative electrode conductive agent may contain other conductive agents in addition to the carbon black (Z) and the single-walled carbon nanotubes, as long as the effects of the present invention are not impaired.
The content of the other conductive agent is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, based on the total mass of the negative electrode conductive agent. It may be zero.
It is preferable that the negative electrode conductive agent does not contain any carbon nanotubes (double-walled or multi-walled carbon nanotubes) other than single-walled carbon nanotubes, or if it does contain any other carbon nanotubes, the amount is small.
For example, the content of the other carbon nanotubes relative to the single-walled carbon nanotubes is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, or may be zero. When the content of the other carbon nanotubes is equal to or less than the upper limit, a high capacity expression rate and excellent cycle durability can be obtained.

<負極結着材>
負極結着材は、特に限定されないが、好ましいものとしては、ポリアクリル酸(PAA)、ポリアクリル酸リチウム(PAALi)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン-六フッ化プロピレン共重合体(PVDF-HFP)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリエチレングリコール(PEG)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリルニトリル(PAN)、ポリイミド(PI)、ポリエチレンイミン(PEI)等が挙げられる。
負極結着材は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。
<Negative electrode binder>
The negative electrode binder is not particularly limited, but preferred examples thereof include polyacrylic acid (PAA), lithium polyacrylate (PAALi), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP), styrene butadiene rubber (SBR), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide (PEO), polyethylene glycol (PEG), carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylonitrile (PAN), polyimide (PI), and polyethyleneimine (PEI).
The negative electrode binder may be used alone or in combination of two or more. When two or more types are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected depending on the purpose.

負極合材に添加される負極結着材の割合は、負極合材に含まれる金属系活物の割合に応じて変化し得る。金属系活物質の添加割合の増加に伴って、結着材の添加割合を増加させてもよく、金属系活物質の添加割合の減少に伴って、結着材の添加割合を減少させてもよい。 The proportion of the negative electrode binder added to the negative electrode mixture can vary depending on the proportion of the metal-based active material contained in the negative electrode mixture. The proportion of the binder added may be increased as the proportion of the metal-based active material added increases, and the proportion of the binder added may be decreased as the proportion of the metal-based active material added decreases.

負極活物質と負極導電剤の合計の質量に対して、負極結着材の含有量は1質量%~30質量%であることが好ましく、1質量%~20質量%であることがより好ましい。負極結着材の含有量が上記範囲の下限値以上であると負極合材層と集電体との結着性を高めることができ、上限値以下であると負極合材層における電子伝導性を高めることができる。 The content of the negative electrode binder is preferably 1% by mass to 30% by mass, and more preferably 1% by mass to 20% by mass, relative to the total mass of the negative electrode active material and the negative electrode conductive agent. If the content of the negative electrode binder is equal to or greater than the lower limit of the above range, the adhesion between the negative electrode mixture layer and the current collector can be improved, and if it is equal to or less than the upper limit, the electronic conductivity in the negative electrode mixture layer can be improved.

<負極溶媒>
負極溶媒は、負極合材を構成する成分を溶解又は分散させるための溶媒であり、公知の溶媒を適宜用いることができる。
負極溶媒の具体例としては、水、N-メチル-2-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルホルムアミド等が挙げられる。負極溶媒は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。
<Negative electrode solvent>
The negative electrode solvent is a solvent for dissolving or dispersing the components constituting the negative electrode mixture, and any known solvent can be used as appropriate.
Specific examples of the negative electrode solvent include water, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, and N-methylformamide. The negative electrode solvent may be used alone or in combination of two or more. When two or more types are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected depending on the purpose.

負極溶媒の添加量は、負極合材スラリーが所望の粘度となるように設定することが好ましい。
例えば、負極合材スラリーを負極集電体上に塗工した後に、加熱乾燥して溶媒を除去して負極合材層を形成する場合、塗工に適した粘度となるように負極溶媒の含有量を設定することが好ましい。
The amount of the negative electrode solvent added is preferably set so that the negative electrode mixture slurry has a desired viscosity.
For example, when the negative electrode mixture slurry is applied onto a negative electrode current collector and then heated and dried to remove the solvent to form a negative electrode mixture layer, it is preferable to set the content of the negative electrode solvent so as to obtain a viscosity suitable for coating.

<負極の任意成分>
負極合材は、上記した負極活物質、負極導電剤、負極結着材及び負極溶媒以外の、任意成分を含んでもよい。
任意成分の具体例としては、分散剤、粘度調整剤等が挙げられる。
例えば、負極合材スラリーを製造する際に、分散剤を含むCNTスラリーを用いた場合、負極合材はCNTスラリー由来の分散剤を含んでよい。
また、負極合材スラリーを製造する際に、分散剤を含むカーボンブラックスラリーを用いた場合、負極合材はカーボンブラックスラリー由来の分散剤を含んでよい。
<Optional components of negative electrode>
The negative electrode mixture may contain any optional components other than the above-mentioned negative electrode active material, negative electrode conductive agent, negative electrode binder, and negative electrode solvent.
Specific examples of optional components include dispersants and viscosity modifiers.
For example, when a CNT slurry containing a dispersant is used in producing the negative electrode composite slurry, the negative electrode composite may contain the dispersant derived from the CNT slurry.
Furthermore, when a carbon black slurry containing a dispersant is used in producing the negative electrode mixture slurry, the negative electrode mixture may contain the dispersant derived from the carbon black slurry.

負極合材スラリーは、粘度調整剤を含んでもよい。粘度調整剤としては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース及びその塩、メチルセルロース及びその塩、ポリメタクリル酸及びその塩等の水溶性ポリマーが挙げられる。塩の具体例としては、ナトリウムやカリウム等のアルカリ金属が挙げられる。 The negative electrode mixture slurry may contain a viscosity modifier. Examples of the viscosity modifier include water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose and its salts, methyl cellulose and its salts, and polymethacrylic acid and its salts. Specific examples of salts include alkali metals such as sodium and potassium.

負極活物質と導電剤と負極結着材の合計の質量に対して、任意成分の含有量は5質量%以下であることが好ましく、3質量%以下であることがより好ましい。ゼロでもよい。 The content of optional components is preferably 5% by mass or less, and more preferably 3% by mass or less, based on the total mass of the negative electrode active material, conductive agent, and negative electrode binder. It may be zero.

(負極合材の製造方法)
負極合材は、金属系活物質を含む負極活物質、カーボンブラック(Z)と単層カーボンナノチューブを含む負極導電剤、負極結着材、必要に応じた溶媒、及び必要に応じた任意成分を均一に混合して製造できる。
混合方法は公知の方法でよく、負極合材の構成成分を均一に混合できることから、例えば、ボールミル、サンドミル、二軸混練機、自転公転式攪拌機、プラネタリーミキサー、ディスパーミキサー、薄膜旋回型ミキサー等により混合する方法を用いることができる。
(Method of manufacturing negative electrode mixture)
The negative electrode mixture can be produced by uniformly mixing a negative electrode active material including a metal-based active material, a negative electrode conductive agent including carbon black (Z) and single-walled carbon nanotubes, a negative electrode binder, a solvent as required, and optional components as required.
The mixing method may be a known method, and since the components of the negative electrode mixture can be uniformly mixed, for example, a method of mixing using a ball mill, a sand mill, a twin-screw kneader, a rotation-revolution type mixer, a planetary mixer, a disperser mixer, a thin film swirling mixer, or the like can be used.

(負極の製造方法)
本実施形態の負極の製造方法は、上記した本実施形態の負極合材を、集電体上に塗工して負極合材層を形成する工程を有する。
集電体上に塗工する負極合材は、溶媒を含む負極合材スラリーであることが好ましい。負極合材スラリーを用いる場合、負極集電体上に負極合材スラリーを塗工して負極合材スラリー層を形成した後、加熱乾燥して負極合材スラリー層に含まれる溶媒を除去して、負極合材層を形成することが好ましい。
負極合材層を形成した後、負極合材層と負極集電体とが互いに近づく方向に、ロールプレス等を用いて加圧し、負極合材層と負極集電体とを密着させて負極を形成することが好ましい。
負極集電体は、公知の導電材料を用いて形成できる。例えば、負極集電体として、銅箔等の金属箔を用いることができる。
負極合材層は負極集電体の一方の面上に設けてもよく、両面上に設けてもよい。
(Method of Manufacturing Negative Electrode)
The method for producing the negative electrode of this embodiment includes a step of applying the above-described negative electrode mixture of this embodiment onto a current collector to form a negative electrode mixture layer.
The negative electrode mixture to be applied onto the current collector is preferably a negative electrode mixture slurry containing a solvent. When using the negative electrode mixture slurry, it is preferable to form a negative electrode mixture layer by applying the negative electrode mixture slurry onto the negative electrode current collector to form a negative electrode mixture slurry layer, and then heat and dry the layer to remove the solvent contained in the negative electrode mixture slurry layer, thereby forming the negative electrode mixture layer.
After forming the negative electrode mixture layer, it is preferable to apply pressure using a roll press or the like in a direction in which the negative electrode mixture layer and the negative electrode current collector approach each other, thereby closely adhering the negative electrode mixture layer and the negative electrode current collector to form a negative electrode.
The negative electrode current collector can be formed using a known conductive material. For example, a metal foil such as a copper foil can be used as the negative electrode current collector.
The negative electrode mixture layer may be provided on one surface or both surfaces of the negative electrode current collector.

(負極)
本実施形態の負極は、負極集電体と、本実施形態の負極合材を用いて形成した負極合材層とを備える。
負極合材層は、負極活物質と負極導電剤と負極結着材とを含む。さらに任意成分を含んでもよい。負極合材層の組成と、負極合材の溶媒以外の固形分の組成とは、負極の製造過程で生じ得る成分の変性を除いて、同じである。
負極合材層において、負極活物質及び負極導電剤は、負極結着材を介して負極集電体の表面に結着されている。負極合材層は多孔質体であることが好ましい。
(Negative electrode)
The negative electrode of this embodiment includes a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer formed using the negative electrode mixture of this embodiment.
The negative electrode mixture layer includes a negative electrode active material, a negative electrode conductive agent, and a negative electrode binder. It may further include optional components. The composition of the negative electrode mixture layer is the same as the composition of the solid content of the negative electrode mixture other than the solvent, except for the modification of the components that may occur during the manufacturing process of the negative electrode.
In the negative electrode mixture layer, the negative electrode active material and the negative electrode conductive agent are bound to the surface of the negative electrode current collector via a negative electrode binder. The negative electrode mixture layer is preferably a porous body.

(二次電池)
本実施形態の二次電池は、上記した本実施形態の負極を備える。具体的には、負極と、正極と、前記負極及び正極との間に存在する電解質とを備える。
二次電池は、電解質が非水電解質(電解液、ゲル電解質等)である非水電解質二次電池が好ましく、好適にはリチウムイオン二次電池である。
非水電解質二次電池は、例えば、前記負極、正極、及び非水電解質(電解液、ゲル電解質等)を備える。さらに必要に応じて、負極と正極との間に、セパレータを備えてもよい。
(Secondary battery)
The secondary battery of this embodiment includes the negative electrode of this embodiment described above. Specifically, the secondary battery includes a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte present between the negative electrode and the positive electrode.
The secondary battery is preferably a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the electrolyte is a non-aqueous electrolyte (electrolytic solution, gel electrolyte, etc.), and is preferably a lithium ion secondary battery.
The non-aqueous electrolyte secondary battery includes, for example, the negative electrode, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte (electrolytic solution, gel electrolyte, etc.), and may further include a separator between the negative electrode and the positive electrode, if necessary.

(正極・正極の製造方法)
正極は、正極集電体と、正極合材層とを備える。
正極合材層は、正極合材を用いて公知の方法で製造できる。例えば、溶媒を含む正極合材(以下、「正極合材スラリー」ともいう。)を、正極集電体上に塗工して正極合材スラリー層を形成した後、加熱乾燥して正極合材スラリー層に含まれる溶媒を除去する方法で、正極合材層を形成できる。さらに正極合材層と正極集電体とが互いに近づく方向に、ロールプレス等を用いて加圧し、正極合材層と正極集電体とを密着させて正極を形成することが好ましい。
正極集電体は、公知の導電材料を用いて形成できる。例えば、正極集電体として、アルミニウム箔等の金属箔を用いることができる。
正極合材層は正極集電体の一方の面上に設けてもよく、両面上に設けてもよい。
(Positive electrode and method for manufacturing the positive electrode)
The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer.
The positive electrode mixture layer can be manufactured by a known method using a positive electrode mixture. For example, the positive electrode mixture layer can be formed by applying a positive electrode mixture (hereinafter also referred to as "positive electrode mixture slurry") containing a solvent onto a positive electrode current collector to form a positive electrode mixture slurry layer, and then heating and drying to remove the solvent contained in the positive electrode mixture slurry layer. Furthermore, it is preferable to press the positive electrode mixture layer and the positive electrode current collector in a direction approaching each other using a roll press or the like, and to form a positive electrode by adhering the positive electrode mixture layer and the positive electrode current collector to each other.
The positive electrode current collector can be formed using a known conductive material. For example, a metal foil such as an aluminum foil can be used as the positive electrode current collector.
The positive electrode mixture layer may be provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector.

(正極合材)
本実施形態の正極合材は、正極活物質と、導電剤(以下「正極導電剤」ともいう。)と、結着材(以下「正極結着材」ともいう。)と、を含有する組成物である。さらに溶媒(以下「正極溶媒」ともいう。)を含んでもよい。
正極合材層の組成と、正極合材の溶媒以外の固形分の組成とは、正極の製造過程で生じ得る成分の変性を除いて、同じである。
正極合材層において、正極活物質及び正極導電剤は、正極結着材を介して正極集電体の表面に結着されている。正極合材層は多孔質体であることが好ましい。
(Positive electrode mixture)
The positive electrode mixture of the present embodiment is a composition containing a positive electrode active material, a conductive agent (hereinafter also referred to as a "positive electrode conductive agent"), and a binder (hereinafter also referred to as a "positive electrode binder") and may further contain a solvent (hereinafter also referred to as a "positive electrode solvent").
The composition of the positive electrode mixture layer and the composition of the solid content of the positive electrode mixture other than the solvent are the same, except for denaturation of the components that may occur during the manufacturing process of the positive electrode.
In the positive electrode mixture layer, the positive electrode active material and the positive electrode conductive agent are bound to the surface of the positive electrode current collector via a positive electrode binder. The positive electrode mixture layer is preferably a porous body.

<正極活物質>
正極活物質としては、特に限定されないが、リチウムイオンを可逆的にドーピングまたはインターカレーション可能な金属酸化物および金属硫化物等の金属化合物を使用することができる。
例えば、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLiMnまたはLixMnO)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLiNiO)、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLiNi1-yCo)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLiMnCo1-y)、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(例えばLiNiCoMn1-y-z)、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLiMn2-yNi)等のリチウムと遷移金属との複合酸化物粉末、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物粉末(例えばLiFePO、LiFe1-yMnPO、LiCoPOなど)、酸化マンガン、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、バナジウム酸化物(例えばV、V13)、酸化チタン等の遷移金属酸化物粉末、硫酸鉄(Fe(SO)、TiS、およびFeS等の遷移金属硫化物粉末等が挙げられる。
ただし、上記x、y、zは、0<x<1、0<y<1、0<z<1、0<y+z<1の数である。これら正極活物質は、1種または複数を組み合わせて使用することもできる。
<Positive electrode active material>
The positive electrode active material is not particularly limited, but may be a metal compound such as a metal oxide or metal sulfide that can reversibly dope or intercalate lithium ions.
For example, lithium and transition metal composite oxide powders such as lithium manganese composite oxide (e.g., Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ), lithium nickel composite oxide (e.g., Li x NiO 2 ), lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel cobalt composite oxide (e.g., Li x Ni 1-y Co y O 2 ), lithium manganese cobalt composite oxide (e.g., Li x Mn y Co 1-y O 2 ), lithium nickel manganese cobalt composite oxide (e.g., Li x Ni y Co z Mn 1-y-z O 2 ), and spinel-type lithium manganese nickel composite oxide (e.g., Li x Mn 2-y Ni y O 4 ), lithium phosphate powders having an olivine structure (e.g., Li x FePO 4 , Li x Fe 1-y Examples of the transition metal oxide powder include powders of transition metal oxides such as manganese oxide, iron oxide, copper oxide, nickel oxide, vanadium oxide (e.g., V2O5 , V6O13 ), and titanium oxide; and powders of transition metal sulfides such as iron sulfate ( Fe2 ( SO4 ) 3 ), TiS2 , and FeS.
Here, x, y, and z are numbers satisfying the following conditions: 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, and 0<y+z<1. These positive electrode active materials may be used alone or in combination.

<正極導電剤>
正極導電剤としては、特に限定されないが、導電性を有する物質を使用することができる。
例えば、チャンネルブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、グラフェン等からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
<Positive electrode conductive agent>
The positive electrode conductive agent is not particularly limited, but any conductive material can be used.
For example, it is preferable to include at least one selected from the group consisting of channel black, thermal black, acetylene black, furnace black, carbon nanofiber, carbon nanotube, graphene, and the like.

<正極結着材>
正極結着材としては、特に限定されないが、正極に通常用いられる結着材を用いることができる。
例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂、スチレンブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)等の不飽和結合を有する重合体等が挙げられる。これら結着材は、1種または複数を組み合わせて使用することもできる。
<Positive electrode binder>
The positive electrode binder is not particularly limited, but any binder that is commonly used for positive electrodes can be used.
Examples of the binder include fluorine-based resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE), and polymers having unsaturated bonds such as styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber (IR), and butadiene rubber (BR). These binders can be used alone or in combination.

<正極溶媒>
正極溶媒は、正極合材を構成する成分を溶解又は分散させるための溶媒であり、公知の溶媒を適宜用いることができる。
正極溶媒の具体例としては、N-メチル-2-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルホルムアミド等が挙げられる。正極溶媒は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。
<Positive electrode solvent>
The positive electrode solvent is a solvent for dissolving or dispersing the components constituting the positive electrode mixture, and any known solvent can be used as appropriate.
Specific examples of the positive electrode solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, and N-methylformamide. The positive electrode solvent may be used alone or in combination of two or more. When two or more types are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected depending on the purpose.

正極溶媒の添加量は、正極合材スラリーが所望の粘度となるように設定することが好ましい。
例えば、正極合材スラリーを、正極集電体上に塗工した後に溶媒を除去して正極合材層を形成する場合、塗工に適した粘度となるように正極溶媒の含有量を設定することが好ましい。
The amount of the positive electrode solvent added is preferably set so that the positive electrode mixture slurry has a desired viscosity.
For example, when the positive electrode mixture slurry is applied onto a positive electrode current collector and then the solvent is removed to form a positive electrode mixture layer, it is preferable to set the content of the positive electrode solvent so as to obtain a viscosity suitable for coating.

<正極の任意成分>
正極合材は、上記した正極活物質、正極導電剤、正極結着材及び正極溶媒以外の、任意成分を含んでもよい。
任意成分の具体例としては、分散剤、粘度調整剤等が挙げられる。
<Optional components of positive electrode>
The positive electrode mixture may contain any optional components other than the above-mentioned positive electrode active material, positive electrode conductive agent, positive electrode binder, and positive electrode solvent.
Specific examples of optional components include dispersants and viscosity modifiers.

(正極合材の製造方法)
正極合材は、正極活物質、正極導電剤、正極結着材、必要に応じた溶媒、及び必要に応じた任意成分を均一に混合して製造できる。
混合方法は公知の方法でよく、上記した負極合材の混合方法と同様の方法を用いることができる。
(Method of manufacturing positive electrode mixture)
The positive electrode mixture can be produced by uniformly mixing a positive electrode active material, a positive electrode conductive agent, a positive electrode binder, an optional solvent, and optional components.
The mixing method may be a known method, and the same method as the above-mentioned method for mixing the negative electrode mixture can be used.

(セパレータ)
セパレータは、前述の正極と前述の負極との間に設置される。セパレータを構成する材料は、電子伝導性がなくかつリチウムイオン伝導性を有する物質であればよい。例えば、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリポロピレン、ポリブテン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、およびこれらを2種類以上複合した材料が挙げられる。セパレータの形態としては織布、不織布、微多孔膜などが挙げられる。セパレータには、各種可塑剤、酸化防止剤、難燃剤等が含まれてもよいし、金属酸化物等が被覆されていてもよい。
(Separator)
The separator is placed between the positive electrode and the negative electrode. The material constituting the separator may be any material that has no electronic conductivity and has lithium ion conductivity. For example, nylon, cellulose, polysulfone, polyethylene, polypropylene, polybutene, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, and a composite material of two or more of these. The form of the separator may be a woven fabric, a nonwoven fabric, a microporous membrane, or the like. The separator may contain various plasticizers, antioxidants, flame retardants, or the like, or may be coated with a metal oxide or the like.

(電解液)
電解液は、電解質を有機溶媒に溶解させた非水電解液が好ましい。
有機溶媒として、非プロトン性有機溶媒、例えばプロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等から選ばれる1種以上を用いることができる。また、添加剤としてビニレンカーボネート(VC)、エチレンサルファイト(ES)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)等から選ばれる1種以上を前記有機溶媒に添加してもよい。
電解液に含まれる電解質は、特に制限がなく、LiClO、LiBF、LiAsF、LiPF、LiCFSO、LiN(CFSO、LiI、LiAlCl等、及び、それらの混合物等を用いることが可能である。好ましくは、LiBF、LiPFのうちの1種または2種以上を混合したリチウム塩がよい。
(Electrolyte)
The electrolytic solution is preferably a non-aqueous electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent.
As the organic solvent, it is possible to use an aprotic organic solvent, for example, one or more selected from propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), etc. In addition, one or more selected from vinylene carbonate (VC), ethylene sulfite (ES), fluoroethylene carbonate (FEC), etc. may be added as an additive to the organic solvent.
The electrolyte contained in the electrolytic solution is not particularly limited, and LiClO4 , LiBF4 , LiAsF6 , LiPF6 , LiCF3SO3 , LiN( CF3SO2 ) 2 , LiI , LiAlCl4 , and mixtures thereof can be used. A lithium salt containing one or a mixture of two or more of LiBF4 and LiPF6 is preferable.

(二次電池の製造方法)
二次電池は公知の方法で製造できる。例えば、負極と正極との間にセパレータ-を介在させ、外装体で封止し、電解液を注入する方法で非水電解質二次電池を製造できる。
(Secondary battery manufacturing method)
The secondary battery can be manufactured by a known method. For example, a non-aqueous electrolyte secondary battery can be manufactured by interposing a separator between a negative electrode and a positive electrode, sealing the battery with an outer casing, and injecting an electrolyte.

以下、実施例を示して本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によって限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following description.

(使用原料)
<負極導電剤>
CB1:カーボンブラック、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製品名「カーボンECP600JD」、BET比表面積1387m/g、DBP吸油量489ml/100g、平均一次粒子径34nm。
CB2:カーボンブラック、Imerys Graphite & Carbon社製品名「Super P(登録商標) Li」、BET比表面積62m/g、DBP吸油量247ml/100g、平均一次粒子径40nm。
CB3:カーボンブラック、デンカ株式会社製品名「Li-400」、BET比表面積39m/g、DBP吸油量140ml/100g、平均一次粒子径48nm。
単層CNT1:単層カーボンナノチューブ、OCSiAl社製品名「TUBALL(登録商標) Batt HO」、平均外径1.6±0.4nm、BET比表面積980m/g、炭素純度>93質量%。
多層CNT1:多層カーボンナノチューブ、Jiangsu Cnano Technology社製品名「LB217-54」)、平均外径7~11nm、BET比表面積200~300m/g、炭素純度>99質量%。
多層CNT2:多層カーボンナノチューブ、Jiangsu Cnano Technology社製品名「LB260-32」、平均外径5~11nm、BET比表面積250~350m/g、炭素純度>95質量%。
(Raw materials used)
<Negative electrode conductive material>
CB1: Carbon black, Lion Specialty Chemicals Co., Ltd. product name "Carbon ECP600JD", BET specific surface area 1387 m 2 /g, DBP oil absorption amount 489 ml/100 g, average primary particle diameter 34 nm.
CB2: Carbon black, Imerys Graphite & Carbon product name "Super P (registered trademark) Li", BET specific surface area 62 m 2 /g, DBP oil absorption amount 247 ml/100 g, average primary particle size 40 nm.
CB3: Carbon black, Denka Company Ltd. product name "Li-400", BET specific surface area 39 m 2 /g, DBP oil absorption 140 ml/100 g, average primary particle diameter 48 nm.
Single-walled CNT1: single-walled carbon nanotube, OCSiAl product name "TUBALL (registered trademark) Batt H 2 O", average outer diameter 1.6±0.4 nm, BET specific surface area 980 m 2 /g, carbon purity >93 mass %.
Multi-walled CNT1: multi-walled carbon nanotube, Jiangsu Cnano Technology Co., Ltd. product name "LB217-54"), average outer diameter 7 to 11 nm, BET specific surface area 200 to 300 m 2 /g, carbon purity >99 mass %.
Multi-walled CNT2: multi-walled carbon nanotubes, Jiangsu Cnano Technology Co., Ltd. product name "LB260-32", average outer diameter 5 to 11 nm, BET specific surface area 250 to 350 m 2 /g, carbon purity > 95 mass %.

(実施例1~4、比較例1~6)
負極活物質、負極導電剤、負極結着材及び必要に応じた溶媒を混合して、負極合材スラリーを調製した。
各例の負極合材スラリーの固形分の組成を表1に示す。
活物質としては、Si粒子(平均粒子径200nm)及び黒鉛粒子(平均粒子径17μm)を用いた。結着材としてはポリアクリル酸を用いた。
単層CNT1、多層CNT1、及び多層CNT2は、分散剤を用いて水に分散させたCNTスラリーであり、表に示すカーボンナノチューブの含有量は、CNTスラリー中のカーボンナノチューブのみの質量である。また表に示す分散剤の含有量は、CNTスラリー中の分散剤のみの質量である。
負極合材スラリーにおける溶媒の含有量は、塗工に適したスラリー性状とするための適量とした。
なお、表において「‐」はその成分を含まないことを意味する。
(Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 to 6)
A negative electrode active material, a negative electrode conductive agent, a negative electrode binder, and a solvent as required were mixed to prepare a negative electrode mixture slurry.
The solid content composition of the negative electrode mixture slurry for each example is shown in Table 1.
The active material used was silicon particles (average particle size: 200 nm) and graphite particles (average particle size: 17 μm), and the binder used was polyacrylic acid.
Single-walled CNT1, multi-walled CNT1, and multi-walled CNT2 are CNT slurries dispersed in water using a dispersant, and the carbon nanotube content shown in the table is the mass of only the carbon nanotubes in the CNT slurry. The dispersant content shown in the table is the mass of only the dispersant in the CNT slurry.
The content of the solvent in the negative electrode mixture slurry was an appropriate amount for making the slurry suitable for coating.
In the table, "-" means that the component is not included.

次いで、得られた負極合材スラリーを、銅箔(負極集電体)上に塗工し、加熱乾燥して溶媒を除去した後、加圧プレスして負極合材層を形成し、電極密度1.4g/cmの負極を得た。
次に、得られた負極と正極(リチウム金属箔)との間にポリエチレン製セパレータ-を介在させ、アルミラミネートフィルムで封止し、電解液を注入して評価用セルを作製した。電解液としては、1質量%のビニレンカーボネートを含み、エチレンカーボネート/ジエチルカーボネートの体積比が1/2である混合溶媒に、ヘキサフルオロリン酸リチウムを1.0mol/Lの濃度となるように溶解した電解液を用いた。
Next, the obtained negative electrode mixture slurry was applied onto a copper foil (negative electrode current collector), heated and dried to remove the solvent, and then pressed to form a negative electrode mixture layer, thereby obtaining a negative electrode having an electrode density of 1.4 g/ cm3 .
Next, a polyethylene separator was placed between the obtained negative electrode and the positive electrode (lithium metal foil), and the resultant was sealed with an aluminum laminate film, and an electrolyte solution was injected to prepare an evaluation cell. The electrolyte solution used was a mixed solvent containing 1 mass % vinylene carbonate and having a volume ratio of ethylene carbonate/diethyl carbonate of 1/2, in which lithium hexafluorophosphate was dissolved to a concentration of 1.0 mol/L.

得られた評価用セルについて、下記の電池特性試験を行った。
<電池特性試験>
評価用セルに対して、温度25℃の環境下で、0.1Cの電流密度で0.01Vになるまで充電を行い、次いで0.1Cの電流密度で1.5Vまで放電を行った。この時の放電容量を初回容量として表に示す。また初回充放電効率(%)(=放電容量/充電容量×100)を算出した値を表に示す。
次に、温度25℃の環境下で、0.5Cの電流密度で0.01Vになるまで充電を行い、10分休止後、0.5Cの電流密度で1.5Vになるまで放電を行い、10分休止するサイクルを繰り返した。この時の10サイクル目の容量維持率(%)(=10サイクル後の充電容量/1サイクル後の充電容量×100)を表に示す。
The obtained evaluation cell was subjected to the following battery characteristic test.
<Battery characteristic test>
The evaluation cell was charged to 0.01 V at a current density of 0.1 C in an environment at a temperature of 25° C., and then discharged to 1.5 V at a current density of 0.1 C. The discharge capacity at this time is shown in the table as the initial capacity. The initial charge/discharge efficiency (%) (= discharge capacity/charge capacity×100) was calculated and is shown in the table.
Next, in an environment at a temperature of 25° C., charging was performed at a current density of 0.5 C until the voltage reached 0.01 V, followed by a 10-minute pause, followed by discharging at a current density of 0.5 C until the voltage reached 1.5 V, followed by a 10-minute pause, and this cycle was repeated. The capacity retention rate (%) at the 10th cycle (= charge capacity after 10 cycles/charge capacity after 1 cycle×100) is shown in the table.

Figure 2024058944000001
Figure 2024058944000001

表1の結果に示されるように、実施例1~4では、初回容量が高く、初回充放電効率が良好であり、サイクル耐久性にも優れるリチウムイオン二次電池が得られた。
一方、導電剤がカーボンブラック(Z)を含むが、単層カーボンナノチューブを含まない比較例1は、サイクル耐久性が劣った。
また、導電剤が単層カーボンナノチューブを含むが、カーボンブラック(Z)を含まない比較例2は、初回容量及びサイクル耐久性が劣った。
また、単層カーボンナノチューブに代えて多層カーボンナノチューブを用いた比較例3、4は、実施例3に比べてサイクル耐久性が劣った。
また、カーボンブラックのBET比表面積及びDBP吸油量が小さい比較例5、6は、は、初回容量及びサイクル耐久性が劣った。
As shown by the results in Table 1, in Examples 1 to 4, lithium ion secondary batteries having high initial capacity, good initial charge/discharge efficiency, and excellent cycle durability were obtained.
On the other hand, Comparative Example 1 in which the conductive agent contained carbon black (Z) but did not contain single-walled carbon nanotubes was inferior in cycle durability.
Moreover, in Comparative Example 2 in which the conductive agent contained single-walled carbon nanotubes but did not contain carbon black (Z), the initial capacity and cycle durability were poor.
Moreover, Comparative Examples 3 and 4, in which multi-walled carbon nanotubes were used instead of single-walled carbon nanotubes, were inferior to Example 3 in cycle durability.
Furthermore, Comparative Examples 5 and 6, in which the BET specific surface area and DBP oil absorption of the carbon black were small, were inferior in initial capacity and cycle durability.

Claims (7)

負極活物質と導電剤と結着材とを含む負極合材であって、
前記負極活物質が金属系活物質を含み、
前記導電剤が、BET比表面積が700~1500m/gであり、かつDBP吸油量が300~600ml/100gであるカーボンブラック、及び単層カーボンナノチューブを含む、負極合材。
A negative electrode mixture including a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder,
The negative electrode active material includes a metal-based active material,
The conductive agent comprises carbon black having a BET specific surface area of 700 to 1500 m 2 /g and a DBP oil absorption of 300 to 600 ml/100 g, and single-walled carbon nanotubes.
前記導電剤の総質量に対して、前記単層カーボンナノチューブの含有量が1~20質量%である、請求項1に記載の負極合材。 The negative electrode mixture according to claim 1, wherein the content of the single-walled carbon nanotubes is 1 to 20 mass% relative to the total mass of the conductive agent. 前記負極活物質の総質量に対して、前記導電剤の含有量が1~30質量%である、請求項1に記載の負極合材。 The negative electrode mixture according to claim 1, wherein the content of the conductive agent is 1 to 30 mass% relative to the total mass of the negative electrode active material. 前記金属系活物質がSi系活物質を含む、請求項1に記載の負極合材。 The negative electrode mixture according to claim 1, wherein the metal-based active material includes a Si-based active material. 請求項1~4のいずれか一項に記載の負極合材を、集電体上に塗工する工程を有する、負極の製造方法。 A method for manufacturing a negative electrode, comprising a step of applying the negative electrode mixture described in any one of claims 1 to 4 onto a current collector. 負極集電体と、前記負極集電体上に存在する負極合材層とを有し、
前記負極合材層が、負極活物質と導電剤と結着材とを含み、
前記負極活物質が金属系活物質を含み、
前記導電剤が、BET比表面積が700~1500m/gであり、かつDBP吸油量が300~600ml/100gであるカーボンブラック、及び単層カーボンナノチューブを含む、負極。
A negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer on the negative electrode current collector,
the negative electrode mixture layer contains a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder,
The negative electrode active material includes a metal-based active material,
The negative electrode, wherein the conductive agent comprises carbon black having a BET specific surface area of 700 to 1500 m 2 /g and a DBP oil absorption of 300 to 600 ml/100 g, and single-walled carbon nanotubes.
請求項6に記載の負極と、正極と、前記負極及び正極との間に存在する電解質とを備える、二次電池。 A secondary battery comprising the negative electrode according to claim 6, a positive electrode, and an electrolyte present between the negative electrode and the positive electrode.
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