JP2024064853A - Composition for secondary battery negative electrode, negative electrode mixture layer, negative electrode for secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents
Composition for secondary battery negative electrode, negative electrode mixture layer, negative electrode for secondary battery, and lithium ion secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024064853A JP2024064853A JP2022173772A JP2022173772A JP2024064853A JP 2024064853 A JP2024064853 A JP 2024064853A JP 2022173772 A JP2022173772 A JP 2022173772A JP 2022173772 A JP2022173772 A JP 2022173772A JP 2024064853 A JP2024064853 A JP 2024064853A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- secondary battery
- mass
- composition
- thermally expandable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 179
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 113
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 113
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 93
- 239000003094 microcapsule Substances 0.000 claims abstract description 89
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 58
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 45
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 42
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 38
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 33
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 20
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 claims description 19
- 229920001774 Perfluoroether Polymers 0.000 claims description 7
- IYRWEQXVUNLMAY-UHFFFAOYSA-N fluoroketone group Chemical group FC(=O)F IYRWEQXVUNLMAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- UJMWVICAENGCRF-UHFFFAOYSA-N oxygen difluoride Chemical class FOF UJMWVICAENGCRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- SYNPRNNJJLRHTI-UHFFFAOYSA-N 2-(hydroxymethyl)butane-1,4-diol Chemical compound OCCC(CO)CO SYNPRNNJJLRHTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 97
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 39
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 34
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 25
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 23
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 20
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 17
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 14
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 14
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 13
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 13
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 13
- 239000011257 shell material Substances 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 12
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 12
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 10
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 10
- 150000005678 chain carbonates Chemical class 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 description 10
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 10
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 10
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 10
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 10
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 9
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 9
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 238000009782 nail-penetration test Methods 0.000 description 9
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 9
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 9
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 8
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 8
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 8
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 8
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 8
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 7
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000006245 Carbon black Super-P Substances 0.000 description 5
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 5
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 description 5
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 5
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002174 Styrene-butadiene Substances 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 4
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 4
- 229940052303 ethers for general anesthesia Drugs 0.000 description 4
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 4
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002000 Electrolyte additive Substances 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 3
- 150000004292 cyclic ethers Chemical class 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 3
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 3
- 125000000457 gamma-lactone group Chemical group 0.000 description 3
- WDAXFOBOLVPGLV-UHFFFAOYSA-N isobutyric acid ethyl ester Natural products CCOC(=O)C(C)C WDAXFOBOLVPGLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005001 laminate film Substances 0.000 description 3
- 239000002931 mesocarbon microbead Substances 0.000 description 3
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 3
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 3
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 3
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 3
- 239000003232 water-soluble binding agent Substances 0.000 description 3
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 3
- ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 1,2-butylene carbonate Chemical compound CCC1COC(=O)O1 ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 2-(2-cyanopropan-2-yldiazenyl)-2-methylpropanenitrile Chemical compound N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DSMUTQTWFHVVGQ-UHFFFAOYSA-N 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1OC(=O)OC1F DSMUTQTWFHVVGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical compound C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N Fumaric acid Chemical compound OC(=O)\C=C\C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical class [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N Isoprene Chemical compound CC(=C)C=C RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910011328 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 Inorganic materials 0.000 description 2
- GYCMBHHDWRMZGG-UHFFFAOYSA-N Methylacrylonitrile Chemical compound CC(=C)C#N GYCMBHHDWRMZGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 2
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N acrylonitrile butadiene styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 2
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 2
- 150000007933 aliphatic carboxylic acids Chemical class 0.000 description 2
- 150000001447 alkali salts Chemical class 0.000 description 2
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002194 amorphous carbon material Substances 0.000 description 2
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 2
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 2
- 238000010281 constant-current constant-voltage charging Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- VUPKGFBOKBGHFZ-UHFFFAOYSA-N dipropyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OCCC VUPKGFBOKBGHFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KLKFAASOGCDTDT-UHFFFAOYSA-N ethoxymethoxyethane Chemical compound CCOCOCC KLKFAASOGCDTDT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N ethyl propionate Chemical compound CCOC(=O)CC FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CYEDOLFRAIXARV-UHFFFAOYSA-N ethyl propyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OCC CYEDOLFRAIXARV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- GAEKPEKOJKCEMS-UHFFFAOYSA-N gamma-valerolactone Chemical compound CC1CCC(=O)O1 GAEKPEKOJKCEMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 239000001866 hydroxypropyl methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920003088 hydroxypropyl methyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 235000010979 hydroxypropyl methyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N hydroxypropyl methyl cellulose Chemical compound OC1C(O)C(OC)OC(CO)C1OC1C(O)C(O)C(OC2C(C(O)C(OC3C(C(O)C(O)C(CO)O3)O)C(CO)O2)O)C(CO)O1 UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 2
- 150000003951 lactams Chemical class 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- FQPSGWSUVKBHSU-UHFFFAOYSA-N methacrylamide Chemical compound CC(=C)C(N)=O FQPSGWSUVKBHSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TZIHFWKZFHZASV-UHFFFAOYSA-N methyl formate Chemical compound COC=O TZIHFWKZFHZASV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BHIWKHZACMWKOJ-UHFFFAOYSA-N methyl isobutyrate Chemical compound COC(=O)C(C)C BHIWKHZACMWKOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KKQAVHGECIBFRQ-UHFFFAOYSA-N methyl propyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OC KKQAVHGECIBFRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 2
- 230000004660 morphological change Effects 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 2
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- DTGKSKDOIYIVQL-WEDXCCLWSA-N (+)-borneol Chemical group C1C[C@@]2(C)[C@@H](O)C[C@@H]1C2(C)C DTGKSKDOIYIVQL-WEDXCCLWSA-N 0.000 description 1
- LNAZSHAWQACDHT-XIYTZBAFSA-N (2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-dimethoxy-2-(methoxymethyl)-3-[(2s,3r,4s,5r,6r)-3,4,5-trimethoxy-6-(methoxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2r,3r,4s,5r,6r)-4,5,6-trimethoxy-2-(methoxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxane Chemical compound CO[C@@H]1[C@@H](OC)[C@H](OC)[C@@H](COC)O[C@H]1O[C@H]1[C@H](OC)[C@@H](OC)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](OC)[C@H](OC)O[C@@H]2COC)OC)O[C@@H]1COC LNAZSHAWQACDHT-XIYTZBAFSA-N 0.000 description 1
- KYPOHTVBFVELTG-OWOJBTEDSA-N (e)-but-2-enedinitrile Chemical compound N#C\C=C\C#N KYPOHTVBFVELTG-OWOJBTEDSA-N 0.000 description 1
- ZHOFTZAKGRZBSL-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8-heptadecafluoro-8-methoxyoctane Chemical compound COC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F ZHOFTZAKGRZBSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JOROOXPAFHWVRW-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,2,3,3-hexafluoro-3-(2,2,3,3,3-pentafluoropropoxy)propane Chemical compound FC(F)(F)C(F)C(F)(F)OCC(F)(F)C(F)(F)F JOROOXPAFHWVRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NPNPZTNLOVBDOC-UHFFFAOYSA-N 1,1-difluoroethane Chemical compound CC(F)F NPNPZTNLOVBDOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CYSGHNMQYZDMIA-UHFFFAOYSA-N 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon Chemical compound CN1CCN(C)C1=O CYSGHNMQYZDMIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KPZGRMZPZLOPBS-UHFFFAOYSA-N 1,3-dichloro-2,2-bis(chloromethyl)propane Chemical compound ClCC(CCl)(CCl)CCl KPZGRMZPZLOPBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VDFVNEFVBPFDSB-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxane Chemical compound C1COCOC1 VDFVNEFVBPFDSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1 WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GDXHBFHOEYVPED-UHFFFAOYSA-N 1-(2-butoxyethoxy)butane Chemical compound CCCCOCCOCCCC GDXHBFHOEYVPED-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KPQOXMCRYWDRSB-UHFFFAOYSA-N 1-(2-chlorophenyl)pyrrole-2,5-dione Chemical compound ClC1=CC=CC=C1N1C(=O)C=CC1=O KPQOXMCRYWDRSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HNAGHMKIPMKKBB-UHFFFAOYSA-N 1-benzylpyrrolidine-3-carboxamide Chemical compound C1C(C(=O)N)CCN1CC1=CC=CC=C1 HNAGHMKIPMKKBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQTPKSBXMONSJI-UHFFFAOYSA-N 1-cyclohexylpyrrole-2,5-dione Chemical compound O=C1C=CC(=O)N1C1CCCCC1 BQTPKSBXMONSJI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HIDBROSJWZYGSZ-UHFFFAOYSA-N 1-phenylpyrrole-2,5-dione Chemical compound O=C1C=CC(=O)N1C1=CC=CC=C1 HIDBROSJWZYGSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOWSJJBOQDKOHI-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-trifluoroethyl acetate Chemical compound CC(=O)OCC(F)(F)F ZOWSJJBOQDKOHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 2-(3-fluorophenyl)-1h-imidazole Chemical compound FC1=CC=CC(C=2NC=CN=2)=C1 JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OEPOKWHJYJXUGD-UHFFFAOYSA-N 2-(3-phenylmethoxyphenyl)-1,3-thiazole-4-carbaldehyde Chemical compound O=CC1=CSC(C=2C=C(OCC=3C=CC=CC=3)C=CC=2)=N1 OEPOKWHJYJXUGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBYMUDUGTIKLCR-UHFFFAOYSA-N 2-chloroethenylbenzene Chemical compound ClC=CC1=CC=CC=C1 SBYMUDUGTIKLCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYUNTGBISCIYPW-UHFFFAOYSA-N 2-chloroprop-2-enenitrile Chemical compound ClC(=C)C#N OYUNTGBISCIYPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QKPVEISEHYYHRH-UHFFFAOYSA-N 2-methoxyacetonitrile Chemical compound COCC#N QKPVEISEHYYHRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 2-methyltetrahydrofuran Chemical compound CC1CCCO1 JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OOWFYDWAMOKVSF-UHFFFAOYSA-N 3-methoxypropanenitrile Chemical compound COCCC#N OOWFYDWAMOKVSF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VWIIJDNADIEEDB-UHFFFAOYSA-N 3-methyl-1,3-oxazolidin-2-one Chemical compound CN1CCOC1=O VWIIJDNADIEEDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GKZFQPGIDVGTLZ-UHFFFAOYSA-N 4-(trifluoromethyl)-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC(F)(F)C1COC(=O)O1 GKZFQPGIDVGTLZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DBCAQXHNJOFNGC-UHFFFAOYSA-N 4-bromo-1,1,1-trifluorobutane Chemical compound FC(F)(F)CCCBr DBCAQXHNJOFNGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBUOHGKIOVRDKY-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-1,3-dioxolane Chemical compound CC1COCO1 SBUOHGKIOVRDKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GAWIXWVDTYZWAW-UHFFFAOYSA-N C[CH]O Chemical group C[CH]O GAWIXWVDTYZWAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004375 Dextrin Substances 0.000 description 1
- 229920001353 Dextrin Polymers 0.000 description 1
- 101100328843 Dictyostelium discoideum cofB gene Proteins 0.000 description 1
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000892865 Heros Species 0.000 description 1
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920001479 Hydroxyethyl methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- JGFBQFKZKSSODQ-UHFFFAOYSA-N Isothiocyanatocyclopropane Chemical compound S=C=NC1CC1 JGFBQFKZKSSODQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010238 LiAlCl 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015015 LiAsF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013825 LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002991 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012742 LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002995 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015872 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RJUFJBKOKNCXHH-UHFFFAOYSA-N Methyl propionate Chemical compound CCC(=O)OC RJUFJBKOKNCXHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017698 Ni 1-x-y Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229920001328 Polyvinylidene chloride Polymers 0.000 description 1
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- DHXVGJBLRPWPCS-UHFFFAOYSA-N Tetrahydropyran Chemical compound C1CCOCC1 DHXVGJBLRPWPCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N [Li].[Al] Chemical compound [Li].[Al] JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N acetic acid trimethyl ester Natural products COC(C)=O KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003926 acrylamides Chemical class 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- BTGRAWJCKBQKAO-UHFFFAOYSA-N adiponitrile Chemical compound N#CCCCCC#N BTGRAWJCKBQKAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000005215 alkyl ethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- XYLMUPLGERFSHI-UHFFFAOYSA-N alpha-Methylstyrene Chemical compound CC(=C)C1=CC=CC=C1 XYLMUPLGERFSHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- OBNCKNCVKJNDBV-UHFFFAOYSA-N butanoic acid ethyl ester Natural products CCCC(=O)OCC OBNCKNCVKJNDBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- PWLNAUNEAKQYLH-UHFFFAOYSA-N butyric acid octyl ester Natural products CCCCCCCCOC(=O)CCC PWLNAUNEAKQYLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 150000001733 carboxylic acid esters Chemical class 0.000 description 1
- 239000005018 casein Substances 0.000 description 1
- BECPQYXYKAMYBN-UHFFFAOYSA-N casein, tech. Chemical compound NCCCCC(C(O)=O)N=C(O)C(CC(O)=O)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(CC(C)C)N=C(O)C(CCC(O)=O)N=C(O)C(CC(O)=O)N=C(O)C(CCC(O)=O)N=C(O)C(C(C)O)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(CCC(O)=O)N=C(O)C(CCC(O)=O)N=C(O)C(COP(O)(O)=O)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(N)CC1=CC=CC=C1 BECPQYXYKAMYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000021240 caseins Nutrition 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000007600 charging Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 1
- 125000000113 cyclohexyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 239000013530 defoamer Substances 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 235000019425 dextrin Nutrition 0.000 description 1
- 229920005994 diacetyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 150000001983 dialkylethers Chemical class 0.000 description 1
- 229960004132 diethyl ether Drugs 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 230000001804 emulsifying effect Effects 0.000 description 1
- GZKHDVAKKLTJPO-UHFFFAOYSA-N ethyl 2,2-difluoroacetate Chemical compound CCOC(=O)C(F)F GZKHDVAKKLTJPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PUJGGPCGKBGBAD-UHFFFAOYSA-N ethyl 4,4-dimethylpentanoate Chemical compound CCOC(=O)CCC(C)(C)C PUJGGPCGKBGBAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- STVZJERGLQHEKB-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol dimethacrylate Substances CC(=C)C(=O)OCCOC(=O)C(C)=C STVZJERGLQHEKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- WBJINCZRORDGAQ-UHFFFAOYSA-N formic acid ethyl ester Natural products CCOC=O WBJINCZRORDGAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001530 fumaric acid Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- ZTOMUSMDRMJOTH-UHFFFAOYSA-N glutaronitrile Chemical compound N#CCCCC#N ZTOMUSMDRMJOTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003055 glycidyl group Chemical group C(C1CO1)* 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 1
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 1
- 101150004907 litaf gene Proteins 0.000 description 1
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001496 lithium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 description 1
- MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M lithium;trifluoromethanesulfonate Chemical compound [Li+].[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 description 1
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000011302 mesophase pitch Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- GBPVMEKUJUKTBA-UHFFFAOYSA-N methyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OCC(F)(F)F GBPVMEKUJUKTBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CSSYKHYGURSRAZ-UHFFFAOYSA-N methyl 2,2-difluoroacetate Chemical compound COC(=O)C(F)F CSSYKHYGURSRAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PMGBATZKLCISOD-UHFFFAOYSA-N methyl 3,3,3-trifluoropropanoate Chemical compound COC(=O)CC(F)(F)F PMGBATZKLCISOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YSEQYIDUBUJABL-UHFFFAOYSA-N methyl 4,4-dimethylpentanoate Chemical compound COC(=O)CCC(C)(C)C YSEQYIDUBUJABL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229940017219 methyl propionate Drugs 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 1
- LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N methylenebutanedioic acid Natural products OC(=O)CC(=C)C(O)=O LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NCKZHFSVCRZQGH-UHFFFAOYSA-N methylsulfinylmethane;phosphoric acid Chemical compound CS(C)=O.OP(O)(O)=O NCKZHFSVCRZQGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- UUIQMZJEGPQKFD-UHFFFAOYSA-N n-butyric acid methyl ester Natural products CCCC(=O)OC UUIQMZJEGPQKFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 1
- MCSAJNNLRCFZED-UHFFFAOYSA-N nitroethane Chemical compound CC[N+]([O-])=O MCSAJNNLRCFZED-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N nitromethane Chemical compound C[N+]([O-])=O LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003235 non-water-soluble binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006864 oxidative decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- GTLACDSXYULKMZ-UHFFFAOYSA-N pentafluoroethane Chemical compound FC(F)C(F)(F)F GTLACDSXYULKMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 239000003505 polymerization initiator Substances 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 239000011116 polymethylpentene Substances 0.000 description 1
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000005033 polyvinylidene chloride Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000000391 smoking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010557 suspension polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UEUXEKPTXMALOB-UHFFFAOYSA-J tetrasodium;2-[2-[bis(carboxylatomethyl)amino]ethyl-(carboxylatomethyl)amino]acetate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC([O-])=O)CC([O-])=O UEUXEKPTXMALOB-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WVLBCYQITXONBZ-UHFFFAOYSA-N trimethyl phosphate Chemical compound COP(=O)(OC)OC WVLBCYQITXONBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
【課題】安全性に優れるリチウムイオン二次電池とすることができる二次電池負極用組成物を提供する。【解決手段】本開示の二次電池負極用組成物は、熱膨張性マイクロカプセル(A)と、ポリマー粒子(B)とを含む。熱膨張性マイクロカプセル(A)の膨張開始温度は、100℃以上である。熱膨張性マイクロカプセル(A)は、内部に不燃性ガス発生材料を含有する。ポリマー粒子(B)の軟化点は、70℃~150℃である。【選択図】なし[Problem] To provide a composition for a secondary battery negative electrode that can be used to produce a lithium ion secondary battery with excellent safety. [Solution] The composition for a secondary battery negative electrode disclosed herein contains a thermally expandable microcapsule (A) and polymer particles (B). The expansion start temperature of the thermally expandable microcapsule (A) is 100°C or higher. The thermally expandable microcapsule (A) contains a non-flammable gas generating material inside. The softening point of the polymer particles (B) is 70°C to 150°C. [Selected Figure] None
Description
本開示は、二次電池負極用組成物、負極合材層、二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池に関する。 The present disclosure relates to a composition for a secondary battery negative electrode, a negative electrode composite layer, a secondary battery negative electrode, and a lithium ion secondary battery.
近年、リチウムイオン二次電池は、電子機器、電気自動車、又は電気貯蔵用の電源として広く使用されている。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いという利点がある反面、リチウム金属及びリチウムイオンを使用することから安全性に対する十分な対策が必要である。 In recent years, lithium-ion secondary batteries have been widely used as power sources for electronic devices, electric vehicles, and electrical storage. Although lithium-ion secondary batteries have the advantage of having a high energy density, they require sufficient safety measures because they use lithium metal and lithium ions.
特許文献1は、リチウムイオン二次電池の安全性を向上させることができる電極合材層が得られる二次電池用バインダ組成物を開示している。特許文献1に開示の組成物は、感熱ガス膨張性粒子(以下、「マイクロカプセル」という。)と、結着性樹脂とを含み、当該組成物により形成されるキャストフィルムの体積変化が特定の範囲内である。マイクロカプセルは、所定の温度以上となるとガスにより膨張する。マイクロカプセルは、シェル材及びコア材を含むコアシェル構造である。コア材として、沸点が10℃~150℃の炭化水素が用いられる。
特許文献1に開示の組成物は、電極に用いられる。電極は、集電体と、集電体上に形成された電極合材層とからなる。電極合材層は、特許文献1の組成物と、電極活物質とを含む。
Patent Document 1 discloses a binder composition for secondary batteries that can provide an electrode mixture layer that can improve the safety of lithium-ion secondary batteries. The composition disclosed in Patent Document 1 contains heat-sensitive gas expandable particles (hereinafter referred to as "microcapsules") and a binding resin, and the volume change of a cast film formed from the composition is within a specific range. The microcapsules expand due to gas when the temperature reaches or exceeds a predetermined temperature. The microcapsules have a core-shell structure that contains a shell material and a core material. A hydrocarbon having a boiling point of 10°C to 150°C is used as the core material.
The composition disclosed in Patent Document 1 is used in an electrode. The electrode comprises a current collector and an electrode mixture layer formed on the current collector. The electrode mixture layer contains the composition of Patent Document 1 and an electrode active material.
しかしながら、特許文献1に開示の組成物を用いた電極を備えるリチウムイオン二次電池に異常発熱(例えば、120℃~250℃)が発生すると、マイクロカプセルが破裂して、コア材の炭化水素に起因する炭化水素ガスが漏出されるおそれがある。炭化水素ガスは、一般に可燃性ガスである。つまり、リチウムイオン二次電池に異常発熱が発生すると、漏出した炭化水素ガス等が燃焼し、リチウムイオン二次電池が発火するおそれがある。そのため、従来よりも安全性に優れるリチウムイオン二次電池とすることができる組成物が求められている。 However, if abnormal heat generation (e.g., 120°C to 250°C) occurs in a lithium ion secondary battery equipped with an electrode using the composition disclosed in Patent Document 1, the microcapsules may burst, causing leakage of hydrocarbon gas resulting from the hydrocarbon of the core material. Hydrocarbon gas is generally a flammable gas. In other words, if abnormal heat generation occurs in a lithium ion secondary battery, the leaked hydrocarbon gas may burn, causing the lithium ion secondary battery to ignite. Therefore, there is a demand for a composition that can be used to create a lithium ion secondary battery that is safer than conventional ones.
本開示は、上記事情に鑑み、安全性に優れるリチウムイオン二次電池とすることができる二次電池負極用組成物、負極合材層、及び二次電池用負極、並びに安全性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することを課題とする。 In view of the above circumstances, the present disclosure aims to provide a composition for a secondary battery negative electrode, a negative electrode mixture layer, and a secondary battery negative electrode that can be used to produce a lithium ion secondary battery with excellent safety, as well as a lithium ion secondary battery with excellent safety.
上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
<1> 膨張開始温度が100℃以上であり、内部に不燃性ガス発生材料を含有する熱膨張性マイクロカプセル(A)と、
軟化点が70℃~150℃のポリマー粒子(B)と
を含有する、二次電池負極用組成物。
<2> 前記不燃性ガス発生材料は、フッ素元素含有化合物を含む、前記<1>に記載の二次電池負極用組成物。
<3> 前記フッ素元素含有化合物は、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、フルオロケトン、パーフルオロエーテル、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロオレフィン、ハイドロクロロフルオロオレフィン、フッ化カルボニル、及びフッ化水素からなる群から選択される少なくとも1種を含む、前記<2>に記載の二次電池負極用組成物。
<4> 前記膨張開始温度が、100℃~180℃である、前記<1>~<3>のいずれか1つに記載の二次電池負極用組成物。
<5> 前記熱膨張性マイクロカプセル(A)と前記ポリマー粒子(B)との質量配合比(A/B)が、0.1~5.0である、前記<1>~<4>のいずれか1つに記載の二次電池負極用組成物。
<6> バインダ(C)を更に含有する、前記<1>~<5>のいずれか1つに記載の二次電池負極用組成物。
<7> 前記熱膨張性マイクロカプセル(A)の最大体積膨張温度が、前記軟化点よりも高い、前記<1>~<6>のいずれか1つに記載の二次電池負極用組成物。
<8> 前記熱膨張性マイクロカプセル(A)の熱膨張前の平均粒子径が、0.3μm~20μmであり、
前記ポリマー粒子(B)の平均粒子径が、0.1μm~5μmである、前記<1>~<7>のいずれか1つに記載の二次電池負極用組成物。
<9> 前記<1>~<8>のいずれか1つに記載の二次電池負極用組成物を含む負極合材層。
<10> 前記<9>に記載の負極合材層を含む、二次電池用負極。
<11> 活物質(D)を更に含有する前記負極合材層と、集電体とを備える、前記<10>に記載の二次電池用負極。
<12> 前記二次電池負極用組成物の含有量が、前記活物質(D)100質量部に対し、0.5質量部~10質量部である、前記<11>に記載の二次電池用負極。
<13> 前記二次電池負極用組成物が、導電助剤(E)を更に含有し、
前記導電助剤(E)の含有量は、前記活物質(D)100質量部に対し、0.1質量部~10質量部である、前記<11>又は<12>に記載の二次電池用負極。
<14> 前記<10>~<13>のいずれか1つに記載の二次電池用負極と、正極と、セパレータと、非水電解液とを備える、リチウムイオン二次電池。
Means for solving the above problems include the following embodiments.
<1> A thermally expandable microcapsule (A) having an expansion start temperature of 100° C. or higher and containing a non-flammable gas-generating material therein;
and (B) polymer particles having a softening point of 70°C to 150°C.
<2> The composition for a secondary battery negative electrode according to <1>, wherein the non-flammable gas generating material contains a fluorine element-containing compound.
<3> The composition for a secondary battery negative electrode according to <2>, wherein the fluorine-containing compound includes at least one selected from the group consisting of hydrofluorocarbons, hydrofluoroethers, fluoroketones, perfluoroethers, perfluorocarbons, hydrofluoroolefins, hydrochlorofluoroolefins, carbonyl fluoride, and hydrogen fluoride.
<4> The composition for a secondary battery negative electrode according to any one of <1> to <3>, wherein the expansion starting temperature is 100° C. to 180° C.
<5> The composition for a secondary battery negative electrode according to any one of <1> to <4>, wherein a mass blending ratio (A/B) of the thermally expandable microcapsules (A) to the polymer particles (B) is 0.1 to 5.0.
<6> The composition for a secondary battery negative electrode according to any one of <1> to <5> above, further comprising a binder (C).
<7> The composition for a secondary battery negative electrode according to any one of <1> to <6>, wherein the thermally expandable microcapsules (A) have a maximum volume expansion temperature higher than the softening point.
<8> The average particle size of the thermally expandable microcapsules (A) before thermal expansion is 0.3 μm to 20 μm,
The composition for secondary battery negative electrode according to any one of <1> to <7>, wherein the polymer particles (B) have an average particle size of 0.1 μm to 5 μm.
<9> A negative electrode mixture layer comprising the secondary battery negative electrode composition according to any one of <1> to <8>.
<10> A negative electrode for a secondary battery, comprising the negative electrode mixture layer according to <9>.
<11> The negative electrode for a secondary battery according to <10>, further comprising: the negative electrode mixture layer further containing an active material (D); and a current collector.
<12> The negative electrode for secondary batteries according to <11>, wherein the content of the composition for secondary battery negative electrode is 0.5 parts by mass to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the active material (D).
<13> The composition for secondary battery negative electrode further contains a conductive assistant (E),
The negative electrode for secondary batteries according to <11> or <12>, wherein the content of the conductive assistant (E) is 0.1 parts by mass to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material (D).
<14> A lithium ion secondary battery comprising the negative electrode for secondary battery according to any one of <10> to <13>, a positive electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte.
本開示によれば、安全性に優れるリチウムイオン二次電池とすることができる二次電池負極用組成物、負極合材層、及び二次電池用負極、並びに安全性に優れるリチウムイオン二次電池が提供される。 According to the present disclosure, a composition for a secondary battery negative electrode, a negative electrode mixture layer, and a secondary battery negative electrode that can be used to produce a lithium ion secondary battery with excellent safety, as well as a lithium ion secondary battery with excellent safety, are provided.
本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
In this specification, a numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits.
In this specification, the term "process" refers not only to an independent process, but also to a process that cannot be clearly distinguished from other processes, as long as the intended purpose of the process is achieved.
以下、図面を参照して、組成物、負極、及びリチウムイオン二次電池の実施形態について説明する。図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。 Hereinafter, the composition, negative electrode, and lithium ion secondary battery will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are designated by the same reference symbols and will not be described repeatedly.
(1)二次電池負極用組成物
本開示の二次電池負極用組成物(以下、単に「組成物」ともいう。)は、膨張開始温度が100℃以上であり、内部に不燃性ガス発生材料を含有する熱膨張性マイクロカプセル(A)と、軟化点が70℃~150℃のポリマー粒子(B)(以下、単に「ポリマー粒子(B)」ともいう。)とを含む。
(1) Composition for secondary battery negative electrode The composition for secondary battery negative electrode of the present disclosure (hereinafter also simply referred to as the "composition") contains thermally expandable microcapsules (A) having an expansion start temperature of 100°C or higher and containing a non-flammable gas-generating material therein, and polymer particles (B) (hereinafter also simply referred to as "polymer particles (B)") having a softening point of 70°C to 150°C.
「熱膨張性マイクロカプセル」とは、熱可塑性樹脂を含む外殻と、外殻に内包された不燃性ガス発生材料とを備えるものを示す。詳しくは、熱膨張性マイクロカプセル(A)は、リチウムイオン二次電池の異常発熱による熱暴走が開始される直前の温度(例えば、70℃~180℃)に曝されると、急激に軟化発泡して体積膨張を起こす。
「膨張開始温度」とは、熱膨張性マイクロカプセル(A)に内包される不燃性ガス発生材料の少なくとも一部がガス化し始め、熱膨張性マイクロカプセル(A)が体積膨張を始める温度を示す。
「不燃性ガス発生材料」とは、不燃性ガスの原料であり、常温(例えば、23℃)において液体又は固体の状態であり、かつ比較的高温(例えば、110℃)において気体に状態変化する物質を示す。「不燃性ガス」とは、炭化水素ガスのような引火点がある可燃性ガスでないガスを示す。
「軟化点」とは、JIS K 2207(環球法)で測定された値を示す。
「二次電池負極用」とは、リチウムイオン二次電池の負極に含まれる負極合材層の材料に用いられることを示す。
The term "thermally expandable microcapsule" refers to a microcapsule having an outer shell containing a thermoplastic resin and a non-flammable gas generating material encapsulated in the outer shell. Specifically, when the thermally expandable microcapsule (A) is exposed to a temperature (e.g., 70°C to 180°C) immediately before the onset of thermal runaway due to abnormal heat generation in a lithium ion secondary battery, it suddenly softens and foams, causing a volume expansion.
The "expansion initiation temperature" refers to the temperature at which at least a part of the non-flammable gas generating material encapsulated in the thermally expandable microcapsule (A) begins to gasify and the thermally expandable microcapsule (A) begins to expand in volume.
"Non-flammable gas generating material" refers to a substance that is a raw material for non-flammable gas, is in a liquid or solid state at room temperature (e.g., 23° C.), and changes into a gaseous state at a relatively high temperature (e.g., 110° C.). "Non-flammable gas" refers to a gas that is not a flammable gas that has a flash point, such as a hydrocarbon gas.
"Softening point" refers to a value measured according to JIS K 2207 (ring and ball method).
"For use in secondary battery negative electrodes" means that the material is used as a material for a negative electrode mixture layer contained in a negative electrode of a lithium ion secondary battery.
本開示の組成物は、上記の構成を有するため、安全性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することができる。
この効果は、以下の理由によると推測されるが、これに限定されない。
本開示の組成物は、リチウムイオン二次電池の負極合材層に添加されて用いられる。本開示の組成物を用いたリチウムイオン二次電池において内部短絡が発生した場合、ポリマー粒子(B)は溶融して、剛直な負極合材層内の構造を緩める。更に、熱膨張性マイクロカプセル(A)は熱により膨張して、負極合材層内部のモルフォロジー変化を引き起こす。これにより、内部短絡の発生に起因してリチウムイオン二次電池の正極及び負極が異常発熱した際、リチウムイオン二次電池の発熱速度は、抑制され得る。
その後、さらに膨張し続けた熱膨張性マイクロカプセル(A)が破裂した場合、熱膨張性マイクロカプセル(A)から不燃性ガスが主として漏出される。換言すると、従来(例えば、特許文献1)とは異なり、可燃性ガスは熱膨張性マイクロカプセル(A)から放出されにくい。これにより、リチウムイオン二次電池に異常発熱が発生した場合に、リチウムイオン二次電池の内部の雰囲気中において、不燃性ガスの供給により酸素が希釈される。そのため、リチウムイオン二次電池に内部短絡が発生し異常発熱が発生しても、リチウムイオン二次電池は、従来よりも発火しにくい。これらの結果、本開示の組成物は、安全性に優れるリチウムイオン二次電池とすることができると推測される。
Since the composition of the present disclosure has the above-mentioned configuration, it is possible to provide a lithium ion secondary battery with excellent safety.
This effect is believed to be due to, but not limited to, the following reasons.
The composition of the present disclosure is added to the negative electrode mixture layer of a lithium ion secondary battery. When an internal short circuit occurs in a lithium ion secondary battery using the composition of the present disclosure, the polymer particles (B) melt and loosen the structure in the rigid negative electrode mixture layer. Furthermore, the thermally expandable microcapsules (A) expand due to heat, causing a morphological change inside the negative electrode mixture layer. As a result, when the positive and negative electrodes of the lithium ion secondary battery abnormally heat up due to the occurrence of an internal short circuit, the heat generation rate of the lithium ion secondary battery can be suppressed.
After that, when the thermally expandable microcapsule (A) continues to expand and bursts, the non-flammable gas mainly leaks from the thermally expandable microcapsule (A). In other words, unlike the conventional (e.g., Patent Document 1), the flammable gas is not easily released from the thermally expandable microcapsule (A). As a result, when abnormal heat generation occurs in the lithium ion secondary battery, oxygen is diluted in the atmosphere inside the lithium ion secondary battery by the supply of the non-flammable gas. Therefore, even if an internal short circuit occurs in the lithium ion secondary battery and abnormal heat generation occurs, the lithium ion secondary battery is less likely to ignite than the conventional one. As a result, it is presumed that the composition of the present disclosure can be made into a lithium ion secondary battery with excellent safety.
組成物の形態は、特に限定されず、固形状であってもよいし、液状であってもよい。液状は、懸濁液(すなわち、スラリー液)を含む。懸濁液の溶媒は、例えば、水である。ポリマー粒子(B)の安定性の観点から、組成物の形態は、水系溶媒を用いた液状であることが好ましい。 The form of the composition is not particularly limited, and may be a solid or liquid. The liquid form includes a suspension (i.e., a slurry liquid). The solvent for the suspension is, for example, water. From the viewpoint of the stability of the polymer particles (B), the form of the composition is preferably a liquid using an aqueous solvent.
(1.1)組成物の用途
本開示の組成物は、リチウムイオン二次電池の負極の添加材等に用いられる。
(1.1) Use of Composition The composition of the present disclosure is used, for example, as an additive for the negative electrode of a lithium ion secondary battery.
(1.2)熱膨張性マイクロカプセル
本開示の組成物は、熱膨張性マイクロカプセル(A)を含有する。
(1.2) Thermally Expandable Microcapsules The composition of the present disclosure contains thermally expandable microcapsules (A).
熱膨張性マイクロカプセル(A)は、熱可塑性樹脂を含む外殻と、外殻に内包された不燃性ガス発生材料とを備える。 The thermally expandable microcapsule (A) has an outer shell containing a thermoplastic resin and a non-flammable gas-generating material encapsulated in the outer shell.
本開示の組成物を用いたリチウムイオン二次電池では、熱膨張性マイクロカプセル(A)は、リチウムイオン二次電池の異常発熱による熱暴走が開始される直前の温度(例えば、70℃~180℃)に曝されると、急激に軟化発泡して体積膨張を起こす。これにより、負極合材層の抵抗は増大し、リチウムイオン二次電池の発熱は抑制されると考えられる。
その詳細なメカニズムは必ずしも明らかではないが、以下のように推測される。
通常作動時の負極合材層において、活物質同士には、活物質又は導電助剤等によって、導電パスが形成されている。例えば、内部短絡等に起因してリチウムイオン二次電池の温度が120℃~135℃になると、セパレーター(例えば、ポリエチレン製)が溶融し、リチウムイオンの通過を遮断する。さらに、ポリマー粒子(B)が溶融して、剛直な負極合材層内の構造を緩め、熱膨張性マイクロカプセル(A)が熱により膨張し、負極合材層内部のモルフォロジー変化を引き起こす。この作用によって、負極合材層の抵抗が増大し、内部短絡等に起因する短絡電流が著しく減少して、リチウムイオン二次電池全体の発熱が抑制されると推測される。
In a lithium ion secondary battery using the composition of the present disclosure, when the thermally expandable microcapsules (A) are exposed to a temperature (e.g., 70°C to 180°C) immediately before the onset of thermal runaway due to abnormal heat generation in the lithium ion secondary battery, they suddenly soften and foam, causing a volume expansion. This is thought to increase the resistance of the negative electrode mixture layer and suppress heat generation in the lithium ion secondary battery.
Although the detailed mechanism is not entirely clear, it is speculated as follows.
In the negative electrode mixture layer during normal operation, a conductive path is formed between the active materials by the active material or the conductive assistant. For example, when the temperature of the lithium ion secondary battery reaches 120°C to 135°C due to an internal short circuit, the separator (e.g., made of polyethylene) melts and blocks the passage of lithium ions. Furthermore, the polymer particles (B) melt and loosen the structure in the rigid negative electrode mixture layer, and the thermally expandable microcapsules (A) expand due to heat, causing a morphological change inside the negative electrode mixture layer. It is presumed that this action increases the resistance of the negative electrode mixture layer, significantly reduces the short circuit current caused by an internal short circuit, and suppresses heat generation in the entire lithium ion secondary battery.
熱膨張性マイクロカプセル(A)の膨張開始温度(Ts)は、100℃以上であり、100℃~180℃であることが好ましい。膨張開始温度(Ts)が100℃~180℃の範囲内であれば、電池内部で発生する発熱の連鎖を止めることができる。
膨張開始温度(Ts)は、電極の製造条件の観点から、より好ましくは105℃~160℃、更に好ましくは110℃~150℃である。
The expansion start temperature (Ts) of the thermally expandable microcapsule (A) is 100° C. or higher, and preferably 100° C. to 180° C. If the expansion start temperature (Ts) is within the range of 100° C. to 180° C., the chain reaction of heat generation inside the battery can be stopped.
The expansion starting temperature (Ts) is more preferably 105°C to 160°C, and further preferably 110°C to 150°C, from the viewpoint of the manufacturing conditions of the electrode.
熱膨張性マイクロカプセル(A)の最大体積膨張温度(Tmax)は、特に限定されず、ポリマー粒子(B)の軟化点よりも高いことが好ましい。これにより、負極合材層内でより効率的に電気抵抗を上昇させることができる。
最大体積膨張温度(Tmax)は、電極の製造条件の観点から、好ましくは100℃~180℃、より好ましくは110℃~180℃、更に好ましくは120℃~170℃である。
The maximum volume expansion temperature (Tmax) of the thermally expandable microcapsules (A) is not particularly limited, and is preferably higher than the softening point of the polymer particles (B), thereby enabling the electrical resistance to be increased more efficiently in the negative electrode mixture layer.
The maximum volume expansion temperature (Tmax) is preferably 100°C to 180°C, more preferably 110°C to 180°C, and even more preferably 120°C to 170°C, from the viewpoint of the manufacturing conditions of the electrode.
「最大体積膨張温度」とは、熱膨張性マイクロカプセル(A)に内包される不燃性ガス発生材料がガス化して、熱膨張性マイクロカプセル(A)が体積膨張する際に、熱膨張性マイクロカプセル(A)の膨張体積が最大となる温度を示す。 "Maximum volume expansion temperature" refers to the temperature at which the expansion volume of the thermally expandable microcapsule (A) is maximized when the non-flammable gas-generating material contained in the thermally expandable microcapsule (A) is gasified and the thermally expandable microcapsule (A) expands in volume.
熱膨張性マイクロカプセル(A)の膨張開始温度(Ts)及び最大体積膨張温度(Tmax)は、例えば、動的粘弾性測定装置(例えば、TA Instruments社製の「DMA Q800」)を用いて測定される。詳しくは、熱膨張性マイクロカプセル(A)をアルミカップに入れ、得られる試料(すなわち、熱膨張性マイクロカプセル(A))に上から加圧子により0.01Nの力を加えた状態で20℃から300℃まで10℃/分の昇温速度で加熱し、加圧子の垂直方向における変位量(D)を測定し、正方向への変位開始温度を膨張開始温度(Ts)とし、最大変位量(Dmax)を示したときの温度を最大体積膨張温度(Tmax)とする。 The expansion start temperature (Ts) and maximum volume expansion temperature (Tmax) of the thermally expandable microcapsule (A) are measured, for example, using a dynamic viscoelasticity measuring device (e.g., "DMA Q800" manufactured by TA Instruments). In detail, the thermally expandable microcapsule (A) is placed in an aluminum cup, and the obtained sample (i.e., the thermally expandable microcapsule (A)) is heated from 20°C to 300°C at a temperature increase rate of 10°C/min while a force of 0.01 N is applied from above with a pressure pin, and the displacement amount (D) in the vertical direction of the pressure pin is measured. The temperature at which the displacement in the forward direction starts is defined as the expansion start temperature (Ts), and the temperature at which the maximum displacement amount (Dmax) is shown is defined as the maximum volume expansion temperature (Tmax).
熱膨張性マイクロカプセル(A)の熱膨張前の平均粒子径(以下、単に「平均粒子径」という。)は、特に限定されず、0.3μm~20μmであることが好ましい。熱膨張性マイクロカプセル(A)の平均粒子径が上記範囲内であれば、負極合材層の内部に熱膨張性マイクロカプセル(A)を導入してもリチウムイオン二次電池内部の抵抗となることなく電池性能を担保できる。
熱膨張性マイクロカプセル(A)の平均粒子径は、電池性能の観点から、より好ましくは0.3μm~15μmである。
平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、日機装株式会社製のマイクロトラック 9320-HRA)を用いて測定される。詳しくは、平均粒子径は、体積基準測定によるD50値である。
The average particle diameter of the thermally expandable microcapsules (A) before thermal expansion (hereinafter simply referred to as "average particle diameter") is not particularly limited, and is preferably 0.3 μm to 20 μm. If the average particle diameter of the thermally expandable microcapsules (A) is within the above range, the thermally expandable microcapsules (A) can be introduced into the negative electrode mixture layer without causing resistance inside the lithium ion secondary battery, and the battery performance can be ensured.
From the viewpoint of battery performance, the average particle size of the thermally expandable microcapsules (A) is more preferably 0.3 μm to 15 μm.
The average particle size is measured using a laser diffraction particle size distribution measuring device (for example, Microtrac 9320-HRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) In detail, the average particle size is the D50 value by volume-based measurement.
「熱膨張性マイクロカプセル(A)の熱膨張前の平均粒子径」とは、膨張開始温度(Ts)未満(例えば、25℃)の雰囲気下における、破裂の履歴がない熱膨張性マイクロカプセル(A)の平均粒子径を示す。 The "average particle size of the thermally expandable microcapsule (A) before thermal expansion" refers to the average particle size of the thermally expandable microcapsule (A) that has no history of rupture in an atmosphere below the expansion start temperature (Ts) (e.g., 25°C).
(1.2.1)不燃性ガス発生材料
不燃性ガス発生材料は、加熱されることによって気化し、不燃性ガスを発生させるものであれば特に限定されない。
(1.2.1) Non-flammable gas generating material There are no particular limitations on the non-flammable gas generating material, so long as it vaporizes when heated and generates a non-flammable gas.
不燃性ガスは、可燃性ガスでないガスであればよく、引火点を有しない。不燃性ガスとしては、例えば、ハロゲン元素含有化合物、ハロゲン元素含有化合物の分解物等が挙げられる。ハロゲン元素含有化合物は、フッ素元素含有化合物、塩素元素含有化合物、臭素元素含有化合物等が挙げられる。
中でも、不燃性ガスは、フッ素元素含有化合物を含むことが好ましく、フッ素元素含有化合物であることが好ましい。不燃性ガスがフッ素元素含有化合物を含むことで、リチウムイオン二次電池が熱暴走した際に、燃焼が激化することを防ぐことができる。
The non-flammable gas may be any gas that is not flammable and does not have a flash point. Examples of the non-flammable gas include halogen-containing compounds and decomposition products of halogen-containing compounds. Examples of the halogen-containing compound include fluorine-containing compounds, chlorine-containing compounds, and bromine-containing compounds.
In particular, the non-flammable gas preferably contains a fluorine-containing compound, and is preferably a fluorine-containing compound. When the non-flammable gas contains a fluorine-containing compound, it is possible to prevent intensification of combustion when the lithium ion secondary battery experiences thermal runaway.
不燃性ガス発生材料は、不燃性ガスを発生させる材料であれば特に限定されず、ハロゲン元素含有化合物(例えば、フッ素元素含有化合物、塩素元素含有化合物、臭素元素含有化合物等)等が挙げられる。
不燃性ガス発生材料は、フッ素元素含有化合物を含むことが好ましく、フッ素元素含有化合物であることがより好ましい。
The non-flammable gas generating material is not particularly limited as long as it is a material that generates a non-flammable gas, and examples of the non-flammable gas generating material include halogen element-containing compounds (e.g., fluorine element-containing compounds, chlorine element-containing compounds, bromine element-containing compounds, etc.).
The non-flammable gas generating material preferably contains a fluorine element-containing compound, and more preferably is a fluorine element-containing compound.
フッ素元素含有化合物は、特に限定されず、例えば、ハイドロフルオロカーボン(例えば、CH2FCF3、CH3CHF2、CHF2CF3等)、ハイドロフルオロエーテル(例えば、CH3OCH2CF2CHF2、CH3OCH2CF2CF3、CH3OCF2CHFCF3、CH3OCF2CF2CF3、CHF2OCH2CF2CF3、CH3OCH(CF3)2、CH3OCF(CF3)2、CF3CH2OCF2CH2F、CF3CH2OCF2CHF2等)、フルオロケトン(例えば、CF3CF2COCF(CF3)CF3等)、パーフルオロエーテル(例えば、CF3OCF3、CF3OCF2CF3等)、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロオレフィン(例えばCF3CHCHCF3等)、ハイドロクロロフルオロオレフィン(例えば、CF3CHCHCl等)、フッ化カルボニル(COF2)、フッ化水素(HF)等が挙げられる。 The fluorine-containing compound is not particularly limited, and examples thereof include hydrofluorocarbons (e.g., CH2FCF3 , CH3CHF2 , CHF2CF3 , etc. ), hydrofluoroethers ( e.g., CH3OCH2CF2CHF2 , CH3OCH2CF2CF3 , CH3OCF2CHFCF3 , CH3OCF2CF2CF2CF3 , CHF2OCH2CF2CF3 , CH3OCH ( CF3 ) 2 , CH3OCF ( CF3 ) 2 , CF3CH2OCF2CH2F , CF3CH2OCF2CHF2 , etc. ) , fluoroketones ( e.g. , CF3CF2 COCF( CF3 ) CF3 , etc.) , perfluoroethers (e.g. , CF3OCF3, CF3OCF2CF3, etc. ) , perfluorocarbons, hydrofluoroolefins (e.g., CF3CHCHCF3 , etc.), hydrochlorofluoroolefins (e.g., CF3CHCHCl , etc.), carbonyl fluoride ( COF2 ), hydrogen fluoride (HF), etc.
「ハイドロフルオロカーボン」とは、炭素原子、水素原子、及びフッ素原子からなる化合物を示す。ハイドロフルオロカーボンは、例えば、アルカンの水素原子の一部がフッ素原子で置換された化合物を示す。
「ハイドロフルオロエーテル」とは、炭素原子、水素原子、フッ素原子、及び酸素原子からなり、エーテル(-O-)を有する化合物を示す。ハイドロフルオロエーテルは、例えば、ジアルキルエーテルの水素原子の一部がフッ素原子に置換された化合物である。
「フルオロケトン」とは、炭素原子、水素原子、フッ素原子、及び酸素原子からなり、ケトン(-C(=O)-)を有する化合物を示す。フルオロケトンは、例えば、ジアルキルケトンの水素原子の一部がフッ素原子に置換された化合物である。
「パーフルオロエーテル」とは、炭素原子、フッ素原子、及び酸素原子からなり、エーテル(-O-)を有する化合物を示す。パーフルオロエーテルは、例えば、アルキルエーテルの水素原子の全部がフッ素原子に置換された化合物である。
「パーフルオロカーボン」とは、炭素原子、及びフッ素原子からなる化合物を示す。パーフルオロカーボンは、例えば、アルカンの水素原子の全部がフッ素原子で置換された化合物を示す。
「ハイドロフルオロオレフィン」とは、炭素原子、水素原子、及びフッ素原子からなり、炭素-炭素の二重結合(-C=C-)を有する化合物を示す。ハイドロフルオロオレフィンは、例えば、アルケンの水素原子の一部がフッ素原子に置換された化合物を示す。
「ハイドロクロロフルオロオレフィン」とは、炭素原子、水素原子、塩素原子及びフッ素原子からなり、炭素-炭素の二重結合(-C=C-)を有する化合物を示す。ハイドロクロロフルオロオレフィンは、例えば、アルケンの水素原子の一部が塩素原子とフッ素原子に置換された化合物を示す。
The term "hydrofluorocarbon" refers to a compound consisting of carbon, hydrogen, and fluorine atoms. For example, hydrofluorocarbon refers to a compound in which some of the hydrogen atoms of an alkane are replaced with fluorine atoms.
The term "hydrofluoroether" refers to a compound that is composed of carbon atoms, hydrogen atoms, fluorine atoms, and oxygen atoms and has an ether (-O-). For example, a hydrofluoroether is a compound in which some of the hydrogen atoms of a dialkyl ether are substituted with fluorine atoms.
The term "fluoroketone" refers to a compound that is composed of carbon, hydrogen, fluorine, and oxygen atoms and has a ketone (-C(=O)-). For example, a fluoroketone is a compound in which some of the hydrogen atoms of a dialkyl ketone are substituted with fluorine atoms.
The term "perfluoroether" refers to a compound that is composed of carbon, fluorine, and oxygen atoms and has an ether (-O-). Perfluoroether is, for example, a compound in which all of the hydrogen atoms of an alkyl ether are substituted with fluorine atoms.
The term "perfluorocarbon" refers to a compound consisting of carbon atoms and fluorine atoms. For example, perfluorocarbon refers to a compound in which all of the hydrogen atoms of an alkane are replaced with fluorine atoms.
The term "hydrofluoroolefin" refers to a compound that is composed of carbon atoms, hydrogen atoms, and fluorine atoms and has a carbon-carbon double bond (-C=C-). For example, the hydrofluoroolefin refers to a compound in which some of the hydrogen atoms of an alkene are replaced with fluorine atoms.
The term "hydrochlorofluoroolefin" refers to a compound that is composed of carbon atoms, hydrogen atoms, chlorine atoms, and fluorine atoms and has a carbon-carbon double bond (-C=C-). For example, the hydrochlorofluoroolefin refers to a compound in which some of the hydrogen atoms of an alkene are replaced with chlorine atoms and fluorine atoms.
中でも、フッ素元素含有化合物は、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、フルオロケトン、パーフルオロエーテル、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロオレフィン、ハイドロクロロフルオロオレフィン、フッ化カルボニル、及びフッ化水素からなる群から選択される少なくとも1種(以下、「フッ素系ガス源」ともいう。)を含むことが好ましく、ハイドロフルオロエーテルを含むことが好ましい。また、ハイドロフルオロエーテルとしては、CH3OCH2CF2CHF2、CH3OCH2CF2CF3、CH3OCF2CHFCF3、CH3OCF2CF2CF3、CHF2OCH2CF2CF3、CH3OCH(CF3)2、CH3OCF(CF3)2、CF3CH2OCF2CH2F、及びCF3CH2OCF2CHF2の少なくとも1種を含むことがより好ましい。フッ素系ガス源が加熱されることによって気化する不燃性ガスは、フッ素元素含有化合物を含む。フッ素元素含有化合物は、フッ素系ガス源自体であってもよいし、フッ素系ガス源の反応物又は分解物であってもよい。フッ素元素含有化合物は、1種であってもよいし、2種以上であってもよい。 Among these, the fluorine-containing compound preferably contains at least one selected from the group consisting of hydrofluorocarbons, hydrofluoroethers, fluoroketones, perfluoroethers, perfluorocarbons, hydrofluoroolefins, hydrochlorofluoroolefins, carbonyl fluoride, and hydrogen fluoride (hereinafter also referred to as a "fluorine-based gas source"), and more preferably contains a hydrofluoroether. In addition, the hydrofluoroether more preferably contains at least one of CH3OCH2CF2CHF2 , CH3OCH2CF2CF3 , CH3OCF2CHFCF3 , CH3OCF2CF2CF2CF3, CHF2OCH2CF2CF3, CH3OCH(CF3)2, CH3OCF(CF3)2 , CF3CH2OCF2CH2F , and CF3CH2OCF2CHF2 . The non - flammable gas vaporized by heating the fluorine - based gas source contains a fluorine-element-containing compound. The fluorine -element-containing compound may be the fluorine-based gas source itself , or may be a reactant or decomposition product of the fluorine - based gas source. The fluorine-containing compound may be one type or two or more types.
不燃性ガス発生材料の沸点は、特に限定されず、好ましくは25℃~150℃、より好ましくは25℃~100℃、更に好ましくは25℃~80℃、特に好ましくは30℃~70℃である。これにより、本開示の組成物が用いられたリチウムイオン二次電池では、熱膨張性マイクロカプセル(A)は、リチウムイオン二次電池の異常発熱による熱暴走が開始される直前の温度(例えば、70℃~180℃)に曝されると、急激に軟化発泡して体積膨張を起こしやすい。その結果、負極合材層の抵抗は増大し、リチウムイオン二次電池の発熱はより抑制され得る。
沸点が25℃~150℃である不燃性ガス発生材料としては、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、パーフルオロエーテル、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロオレフィン、ハイドロクロロフルオロオレフィン、フッ化水素等が挙げられる。
The boiling point of the non-flammable gas generating material is not particularly limited, and is preferably 25°C to 150°C, more preferably 25°C to 100°C, even more preferably 25°C to 80°C, and particularly preferably 30°C to 70°C. As a result, in a lithium ion secondary battery using the composition of the present disclosure, the thermally expandable microcapsules (A) are likely to rapidly soften and foam and expand in volume when exposed to a temperature (e.g., 70°C to 180°C) just before the start of thermal runaway due to abnormal heat generation in the lithium ion secondary battery. As a result, the resistance of the negative electrode mixture layer increases, and heat generation in the lithium ion secondary battery can be further suppressed.
Examples of non-flammable gas generating materials having a boiling point of 25° C. to 150° C. include hydrofluorocarbons, hydrofluoroethers, perfluoroethers, perfluorocarbons, hydrofluoroolefins, hydrochlorofluoroolefins, and hydrogen fluoride.
熱膨張性マイクロカプセル(A)全体の質量に対する不燃性ガス発生材料(A1)の質量の割合(以下、割合「(A1/A)」ともいう。)は、特に限定されず、好ましくは2質量%~60質量%、より好ましくは5質量%~55質量%、更に好ましくは10質量%~50質量%である。
割合(A1/A)が上記範囲内であれば、熱膨張性マイクロカプセル(A)の膨張倍率が高く、熱膨張性マイクロカプセル(A)の粒子径に対する外殻の厚みが十分で熱膨張性マイクロカプセル(A)が破壊されにくい。
The ratio of the mass of the non-flammable gas generating material (A1) to the total mass of the thermally expandable microcapsules (A) (hereinafter also referred to as the ratio "(A1/A)") is not particularly limited, and is preferably 2 mass% to 60 mass%, more preferably 5 mass% to 55 mass%, and even more preferably 10 mass% to 50 mass%.
When the ratio (A1/A) is within the above range, the expansion ratio of the thermally expandable microcapsule (A) is high, and the thickness of the outer shell relative to the particle diameter of the thermally expandable microcapsule (A) is sufficient, so that the thermally expandable microcapsule (A) is less likely to be broken.
(1.2.2)外殻
外殻に含まれる熱可塑性樹脂は、特に限定されず、例えば、塩化ビニリデン共重合体、(メタ)アクリル酸系共重合体等の不飽和カルボン酸系共重合体、(メタ)アクリル酸エステル系共重合体等の不飽和カルボン酸エステル系共重合体、(メタ)アクリロニトリル系共重合体等のニトリル系共重合体、(メタ)アクリル酸-(メタ)アクリロニトリル系共重合体等の不飽和カルボン酸-ニトリル系共重合体等が挙げられる。
(1.2.2) Outer Shell The thermoplastic resin contained in the outer shell is not particularly limited, and examples thereof include vinylidene chloride copolymers, unsaturated carboxylic acid-based copolymers such as (meth)acrylic acid-based copolymers, unsaturated carboxylic acid ester-based copolymers such as (meth)acrylic acid ester-based copolymers, nitrile-based copolymers such as (meth)acrylonitrile-based copolymers, and unsaturated carboxylic acid-nitrile-based copolymers such as (meth)acrylic acid-(meth)acrylonitrile-based copolymers.
熱可塑性樹脂の原料となる重合性モノマーとしては、例えば、塩化ビニリデン;塩化ビニル;酢酸ビニル;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α-クロルアクリロニトリル、フマロニトリル等のニトリル系モノマー;アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸及びこれらの金属塩等の不飽和カルボン酸(塩)系モノマー;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル系モノマー;アクリルアミド、メタアクリルアミド、置換アクリルアミド、置換メタクリルアミド等のアミド系モノマー;N-フェニルマレイミド、N-(2-クロロフェニル)マレイミド、N-シクロヘキシルマレイミド等のイミド系モノマー;スチレン、α-メチルスチレン、クロロスチレン等のビニル芳香族系モノマー;イソプレン;ブタジエン等が挙げられる。これらの重合性モノマーは、1種又は2種以上を併用してもよい。重合性モノマーは、必要に応じて、重合性二重結合を2個以上有するモノマー(架橋剤)を併用してもよい。 Examples of polymerizable monomers that are used as raw materials for thermoplastic resins include vinylidene chloride; vinyl chloride; vinyl acetate; nitrile monomers such as acrylonitrile, methacrylonitrile, α-chloroacrylonitrile, and fumaronitrile; unsaturated carboxylic acid (salt) monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, maleic acid, and metal salts thereof; (meth)acrylic acid ester monomers such as methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, butyl (meth)acrylate, isobornyl (meth)acrylate, cyclohexyl (meth)acrylate, glycidyl (meth)acrylate, hydroxyethyl (meth)acrylate, and hydroxypropyl (meth)acrylate; amide monomers such as acrylamide, methacrylamide, substituted acrylamide, and substituted methacrylamide; imide monomers such as N-phenylmaleimide, N-(2-chlorophenyl)maleimide, and N-cyclohexylmaleimide; vinyl aromatic monomers such as styrene, α-methylstyrene, and chlorostyrene; isoprene; butadiene, etc. These polymerizable monomers may be used alone or in combination of two or more. If necessary, the polymerizable monomer may be used in combination with a monomer having two or more polymerizable double bonds (crosslinking agent).
(1.2.3)熱膨張性マイクロカプセルの製造方法
熱膨張性マイクロカプセル(A)の製造方法は、特に限定されず、公知の方法であってもよく、例えば、上記重合性モノマーと重合開始剤と上記不燃性ガス発生材料とを含む油性混合物を、分散剤等を含む水性分散媒中に分散して懸濁重合する方法等が挙げられる。熱膨張性マイクロカプセル(A)の製造方法は、特許6944619号、特許6735936号、特許6587782号、特許6619541号、特許6283456号等に記載の製造方法を参照してもよい。
(1.2.3) Manufacturing method of thermally expandable microcapsules The manufacturing method of the thermally expandable microcapsules (A) is not particularly limited and may be a known method, for example, a method of dispersing an oily mixture containing the above-mentioned polymerizable monomer, polymerization initiator, and non-flammable gas generating material in an aqueous dispersion medium containing a dispersant, etc., and carrying out suspension polymerization. The manufacturing method of the thermally expandable microcapsules (A) may refer to the manufacturing methods described in Japanese Patent No. 6944619, Japanese Patent No. 6735936, Japanese Patent No. 6587782, Japanese Patent No. 6619541, Japanese Patent No. 6283456, etc.
(1.3)ポリマー粒子
本開示の組成物は、軟化点が70℃~150℃のポリマー粒子(B)を含む。本開示の組成物がポリマー粒子(B)を含むことで、本開示の組成物を用いたリチウムイオン二次電池はより熱暴走しにくく、リチウムイオン二次電池の安全性は向上する。
(1.3) Polymer Particles The composition of the present disclosure contains polymer particles (B) having a softening point of 70° C. to 150° C. By containing polymer particles (B) in the composition of the present disclosure, a lithium ion secondary battery using the composition of the present disclosure is less susceptible to thermal runaway, and the safety of the lithium ion secondary battery is improved.
(1.3.1)材料
ポリマー粒子(B)の材料としては、例えば、軟化点が70℃~150℃の熱可塑性樹脂であれば特に制限されない。ポリマー粒子(B)の材料としては、例えば、オレフィン系樹脂、熱可塑性エラストマー、ポリアセタール、熱可塑性変性セルロース、ポリスルホン等が挙げられる。ポリマー粒子(B)は、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。
(1.3.1) Material The material of the polymer particles (B) is not particularly limited as long as it is, for example, a thermoplastic resin having a softening point of 70° C. to 150° C. Examples of the material of the polymer particles (B) include olefin resins, thermoplastic elastomers, polyacetals, thermoplastic modified celluloses, polysulfones, etc. The polymer particles (B) may be used alone or in combination of two or more kinds.
「オレフィン系樹脂」とは、オレフィンから導かれる構造単位を含む樹脂を示す。詳しくは、「オレフィン系樹脂」とは、オレフィンの単独重合体、2種以上のオレフィンの共重合体、又は、オレフィンと他のモノマーとの共重合体を示す。 "Olefin-based resin" refers to a resin containing structural units derived from olefins. In more detail, "olefin-based resin" refers to a homopolymer of an olefin, a copolymer of two or more types of olefins, or a copolymer of an olefin and another monomer.
具体的に、オレフィン系樹脂の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリビニルクロライド、ポリビニリデンクロライド、ポリビニルフルオライド、ポリビニリデンフルオライド、ポリアミド、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド及びポリメチル(メタ)アクリレートが挙げられる。中でも、オレフィン系樹脂の材質は、好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレンであり、より好ましくはポリエチレンである。 Specific examples of olefin-based resin materials include polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polyamide, polystyrene, polyacrylonitrile, polyethylene oxide, and polymethyl (meth)acrylate. Among these, the olefin-based resin material is preferably polyethylene or polypropylene, and more preferably polyethylene.
中でも、ポリマー粒子(B)の材料は、オレフィン系樹脂を含むことが好ましく、水分散性オレフィン系樹脂を含むことがより好ましい。ポリマー粒子(B)の材料が水分散性オレフィン系樹脂を含むことにより、本開示の組成物が負極合材層の原料に用いられる場合、リチウムイオン二次電池はより熱暴走しにくく、リチウムイオン二次電池の安全性は向上する。 In particular, the material of the polymer particles (B) preferably contains an olefin-based resin, and more preferably contains a water-dispersible olefin-based resin. When the material of the polymer particles (B) contains a water-dispersible olefin-based resin and the composition of the present disclosure is used as a raw material for the negative electrode mixture layer, the lithium ion secondary battery is less susceptible to thermal runaway, and the safety of the lithium ion secondary battery is improved.
「水分散性オレフィン系樹脂」とは、界面活性剤及び有機溶剤のいずれをも添加しなくとも、水に分散可能なオレフィン系樹脂の微粒子を示す。 "Water-dispersible olefin resin" refers to fine particles of olefin resin that can be dispersed in water without the addition of either a surfactant or an organic solvent.
水分散性オレフィン系樹脂の材質としては、ポリエチレン、ポリエチレン系エラストマー、ポリオレフィンのアイオノマー、EVA等が挙げられる。 Examples of water-dispersible olefin resin materials include polyethylene, polyethylene elastomers, polyolefin ionomers, EVA, etc.
(1.3.2)平均粒子径
ポリマー粒子(B)の平均粒子径は、特に制限されず、負極合材層を均一に集電体上に塗布できること及び電池特性をより向上できる観点から、好ましくは0.1μm~5μm、より好ましくは0.2μm~4.5μm、更に好ましくは0.5μm~4μmである。
ポリマー粒子(B)の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、Sympatec社製の「HEROS&RODOS」)を用いて測定される。
(1.3.2) Average Particle Diameter The average particle diameter of the polymer particles (B) is not particularly limited, and from the viewpoint of enabling the negative electrode mixture layer to be uniformly applied onto the current collector and further improving the battery characteristics, it is preferably 0.1 μm to 5 μm, more preferably 0.2 μm to 4.5 μm, and even more preferably 0.5 μm to 4 μm.
The average particle size of the polymer particles (B) is measured using a laser diffraction particle size distribution measuring device (for example, "HEROS &RODOS" manufactured by Sympatec).
熱膨張性マイクロカプセル(A)の熱膨張前の平均粒子径は、0.3μm~20μmであり、かつポリマー粒子(B)の平均粒子径が、0.1μm~5μmであることが好ましい。これにより、均一な膜厚の負極合材層が形成されやすくなるとともに、負極合材層の内部に熱膨張性マイクロカプセル(A)を導入してもリチウムイオン二次電池内部の抵抗となることなく電池性能を担保できる。 It is preferable that the average particle diameter of the thermally expandable microcapsules (A) before thermal expansion is 0.3 μm to 20 μm, and the average particle diameter of the polymer particles (B) is 0.1 μm to 5 μm. This makes it easier to form a negative electrode mixture layer with a uniform thickness, and even if the thermally expandable microcapsules (A) are introduced inside the negative electrode mixture layer, they do not cause resistance inside the lithium ion secondary battery, and battery performance can be ensured.
(1.3.3)軟化点
ポリマー粒子(B)の軟化点は、70℃~150℃である。
ポリマー粒子(B)の軟化点は、内部短絡の発生に起因してリチウムイオン二次電池の正極及び負極が異常発熱した際、リチウムイオン二次電池の発熱速度をより抑制する観点から、好ましくは70℃~120℃、より好ましくは90℃~120℃である。
ポリマー粒子(B)の軟化点は、リチウムイオン二次電池の取り扱い性と安全性向上の観点から、好ましくは90℃~140℃、より好ましくは110℃~135℃である。
ポリマー粒子(B)の軟化点は、リチウムイオン二次電池の急激な温度上昇時に、より低い温度領域でポリマー粒子(B)が溶融することにより、シャットダウン機能をより効果的に発揮させること(以下、「シャットダウン機能の効果的発揮」という。)の観点から、好ましくは140℃以下、更に好ましくは135℃以下である。シャットダウン機能は、リチウムイオン二次電池の電池反応の進行を阻止することを含む。
ポリマー粒子(B)の軟化点は、負極の製造過程で行われる乾燥処理の実行前後において、ポリマー粒子(B)の形状を保持させること(以下、「負極乾燥工程の際のオレフィン系樹脂(B)の形状保持」という。)の観点から、好ましくは70℃以上、より好ましく90℃以上、更に好ましくは110℃以上、特に好ましくは120℃以上である。
(1.3.3) Softening Point The softening point of the polymer particles (B) is from 70°C to 150°C.
The softening point of the polymer particles (B) is preferably 70°C to 120°C, more preferably 90°C to 120°C, from the viewpoint of further suppressing the heat generation rate of the lithium ion secondary battery when the positive electrode and the negative electrode of the lithium ion secondary battery abnormally heat up due to the occurrence of an internal short circuit.
The softening point of the polymer particles (B) is preferably 90° C. to 140° C., more preferably 110° C. to 135° C., from the viewpoint of improving the handling property and safety of the lithium ion secondary battery.
The softening point of the polymer particles (B) is preferably 140° C. or lower, more preferably 135° C. or lower, from the viewpoint of more effectively exerting the shutdown function by melting the polymer particles (B) in a lower temperature range during a sudden temperature rise of the lithium ion secondary battery (hereinafter referred to as "effective exertion of the shutdown function"). The shutdown function includes preventing the progress of the battery reaction of the lithium ion secondary battery.
The softening point of the polymer particles (B) is preferably 70° C. or higher, more preferably 90° C. or higher, even more preferably 110° C. or higher, and particularly preferably 120° C. or higher, from the viewpoint of maintaining the shape of the polymer particles (B) before and after the drying treatment performed in the production process of the negative electrode (hereinafter referred to as "shape maintenance of the olefin-based resin (B) during the negative electrode drying step").
ポリマー粒子(B)は、市販品であってもよい。ポリマー粒子(B)の材質が水分散性オレフィン系樹脂である場合の市販品としては、三井化学株式会社製のケミパール(登録商標)シリーズ(ポリオレフィン水性ディスパージョン)が挙げられる。低分子量ポリエチレンを微粒状水性ディスパージョン化したものとしては、W300、W400、W410、W700、W4005、W401、W500、WF640、W900、W950及びWH201等が挙げられる。 The polymer particles (B) may be commercially available. When the material of the polymer particles (B) is a water-dispersible olefin resin, commercially available products include the Chemipearl (registered trademark) series (polyolefin aqueous dispersions) manufactured by Mitsui Chemicals, Inc. Examples of finely divided aqueous dispersions of low molecular weight polyethylene include W300, W400, W410, W700, W4005, W401, W500, WF640, W900, W950, and WH201.
(1.3.4)含有量
ポリマー粒子(B)の含有量は、特に限定されず、熱膨張性マイクロカプセル(A)の含有量等に応じて適宜調整される。
熱膨張性マイクロカプセル(A)とポリマー粒子(B)との質量配合比(A/B)は、特に限定されず、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の観点から、好ましくは0.1~5.0、より好ましくは0.2~3.0である。
(1.3.4) Content The content of the polymer particles (B) is not particularly limited and is appropriately adjusted depending on the content of the thermally expandable microcapsules (A) and the like.
The mass blending ratio (A/B) of the thermally expandable microcapsules (A) to the polymer particles (B) is not particularly limited, and is preferably 0.1 to 5.0, more preferably 0.2 to 3.0, from the viewpoint of the internal resistance of the lithium ion secondary battery.
「質量配合比(A/B)」とは、ポリマー粒子(B)の含有量に対する熱膨張性マイクロカプセル(A)の含有量の比を示す。
本開示において、「含有量」と「添加量」(配合量)とは、実質的に同一とみなす。
The "mass blending ratio (A/B)" refers to the ratio of the content of the thermally expandable microcapsules (A) to the content of the polymer particles (B).
In the present disclosure, the "content" and the "addition amount" (blended amount) are considered to be substantially the same.
(1.3.5)ポリマー粒子と熱膨張性マイクロカプセルとの関係
本開示の組成物は、熱膨張性マイクロカプセル(A)の最大体積膨張温度が、ポリマー粒子(B)の軟化点よりも高いことが好ましい。これにより、リチウムイオン二次電池に異常発熱が発生すると、まずポリマー粒子(B)が溶融して、負極合材層が軟化し始める。その後、熱膨張性マイクロカプセル(A)が膨らんで、負極合材層は崩壊する。熱膨張性マイクロカプセル(A)が膨張した際に、負極合材層の構造変化がより積極的に発現し、負極合材層の抵抗を効率的に増大させることができる。その結果、リチウムイオン二次電池の発熱は、より抑制され得る。
(1.3.5) Relationship between polymer particles and thermally expandable microcapsules In the composition of the present disclosure, the maximum volume expansion temperature of the thermally expandable microcapsules (A) is preferably higher than the softening point of the polymer particles (B). As a result, when abnormal heat generation occurs in the lithium ion secondary battery, the polymer particles (B) melt first, and the negative electrode mixture layer begins to soften. Then, the thermally expandable microcapsules (A) expand, and the negative electrode mixture layer collapses. When the thermally expandable microcapsules (A) expand, the structural change of the negative electrode mixture layer is more actively expressed, and the resistance of the negative electrode mixture layer can be efficiently increased. As a result, the heat generation of the lithium ion secondary battery can be more suppressed.
熱膨張性マイクロカプセル(A)の最大体積膨張温度が、ポリマー粒子(B)の軟化点よりも高くなるように調整する方法としては、ポリマー粒子(B)の材料等に応じて、熱膨張性マイクロカプセル(A)の外殻の材料を選択する方法等が挙げられる。 One method for adjusting the maximum volume expansion temperature of the thermally expandable microcapsule (A) to be higher than the softening point of the polymer particles (B) is to select the material of the outer shell of the thermally expandable microcapsule (A) depending on the material of the polymer particles (B), etc.
熱膨張性マイクロカプセル(A)は、不燃性ガス発生材料を内包する外殻を有し、熱膨張性マイクロカプセル(A)の外殻は、ポリマー粒子(B)の軟化点よりも高い温度で軟化する樹脂を含むことが好ましい。これにより、リチウムイオン二次電池に異常発熱が発生すると、まずポリマー粒子(B)が溶融して、負極合材層が崩壊し始める。その後、熱膨張性マイクロカプセル(A)が膨らんで、負極合材層は崩壊する。熱膨張性マイクロカプセル(A)が膨張した際に、負極合材層の構造変化がより積極的に発現し、負極合材層の抵抗を効率的に増大させることができる。その結果、リチウムイオン二次電池の発熱は、より抑制され得る。 The thermally expandable microcapsule (A) has an outer shell that contains a non-flammable gas generating material, and the outer shell of the thermally expandable microcapsule (A) preferably contains a resin that softens at a temperature higher than the softening point of the polymer particles (B). As a result, when abnormal heat generation occurs in the lithium ion secondary battery, the polymer particles (B) melt first, and the negative electrode mixture layer begins to collapse. Then, the thermally expandable microcapsule (A) expands, and the negative electrode mixture layer collapses. When the thermally expandable microcapsule (A) expands, the structural change of the negative electrode mixture layer is more actively expressed, and the resistance of the negative electrode mixture layer can be efficiently increased. As a result, heat generation in the lithium ion secondary battery can be further suppressed.
熱膨張性マイクロカプセル(A)の外殻が、ポリマー粒子(B)の軟化点よりも高い温度で軟化する樹脂を含むように調整する方法としては、ポリマー粒子(B)の材料等に応じて、熱膨張性マイクロカプセル(A)の外殻の材料を選択する方法等が挙げられる。 As a method for adjusting the outer shell of the thermally expandable microcapsule (A) to contain a resin that softens at a temperature higher than the softening point of the polymer particles (B), a method of selecting the material of the outer shell of the thermally expandable microcapsule (A) depending on the material of the polymer particles (B), etc., can be given.
(1.4)バインダ
本開示の組成物は、バインダ(C)を更に含んでもよいし、含まなくてもよい。
(1.4) Binder The composition of the present disclosure may or may not further comprise a binder (C).
本開示の組成物がバインダ(C)を含むことにより、本開示の組成物を用いたリチウムイオン二次電池において、バインダ(C)は、負極合材層の物性(例えば、電解液浸透性・剥離強度)を向上させるとともに、リチウムイオン二次電池の電池性能を向上させることができる。 When the composition of the present disclosure contains the binder (C), in a lithium ion secondary battery using the composition of the present disclosure, the binder (C) can improve the physical properties of the negative electrode mixture layer (e.g., electrolyte permeability and peel strength) and can also improve the battery performance of the lithium ion secondary battery.
バインダ(C)は、水溶性バインダ、及び非水溶性バインダを含む。バインダ(C)は、1種であってもよいし、2種類以上であってもよい。 The binder (C) includes a water-soluble binder and a water-insoluble binder. The binder (C) may be one type or two or more types.
「水溶性バインダ」とは、20℃において、水100gに対して5g以上溶解可能なバインダを示す。
「非水溶性バインダ」とは、20℃において、水100gに対する溶解量が5g未満であるバインダを示す。
The term "water-soluble binder" refers to a binder that is soluble in an amount of 5 g or more in 100 g of water at 20°C.
The term "water-insoluble binder" refers to a binder that dissolves in an amount of less than 5 g per 100 g of water at 20°C.
水溶性バインダとしては、セルロース類、セルロース類のアルカリ塩、合成樹脂(例えば、ポリビニルアルコール類、ポリエチレンオキサイド、アクリル酸ポリマー等)、デンプン、デキストリン、カゼイン等が挙げられる。セルロース類としては、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等が挙げられる。アルカリ塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩又はアンモニウム塩等が挙げられる。
非水溶性バインダとしては、ゴム類、合成樹脂等が挙げられる。ゴム類としては、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンゴム等が挙げられる。合成樹脂としては、例えば、酢酸ビニル共重合体、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)等が挙げられる。
なかでも、バインダ(C)は、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンゴム、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース、及びジアセチルセルロースからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。なかでも、バインダ(C)は、接着性の観点から、スチレンブタジエンゴム及びカルボキシメチルセルロースを含むことが好ましい。
Examples of the water-soluble binder include celluloses, alkali salts of celluloses, synthetic resins (e.g., polyvinyl alcohols, polyethylene oxide, acrylic acid polymers, etc.), starch, dextrin, casein, etc. Examples of the celluloses include methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, etc. Examples of the alkali salts include lithium salts, sodium salts, ammonium salts, etc.
Examples of the non-water-soluble binder include rubbers, synthetic resins, etc. Examples of the rubbers include styrene butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, etc. Examples of the synthetic resins include vinyl acetate copolymers, acrylic acid modified SBR resins (SBR-based latex), etc.
Among these, the binder (C) is preferably at least one selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxypropyl methyl cellulose, polyvinyl alcohol, hydroxypropyl cellulose, and diacetyl cellulose. Among these, the binder (C) preferably contains styrene-butadiene rubber and carboxymethyl cellulose from the viewpoint of adhesiveness.
バインダ(C)の含有量は、特に限定されず、熱膨張性マイクロカプセル(A)の含有量等に応じて適宜調整される。
熱膨張性マイクロカプセル(A)とバインダ(C)との質量配合比(A/C)は、特に限定されず、好ましくは0.1~2.0、より好ましくは0.5~1.5である。
The content of the binder (C) is not particularly limited and is appropriately adjusted depending on the content of the thermally expandable microcapsules (A) and the like.
The mass blending ratio (A/C) of the thermally expandable microcapsules (A) to the binder (C) is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 2.0, more preferably 0.5 to 1.5.
バインダ(C)の平均粒子径は、特に制限されず、電池性能(内部抵抗)の観点から、好ましくは0.1μm~3μm、より好ましくは0.1μm~1μm、更に好ましくは0.1μm~0.3μmである。 The average particle size of the binder (C) is not particularly limited, and from the viewpoint of battery performance (internal resistance), it is preferably 0.1 μm to 3 μm, more preferably 0.1 μm to 1 μm, and even more preferably 0.1 μm to 0.3 μm.
(1.4.1)バインダとポリマー粒子との関係
バインダ(C)の平均粒子径が、0.1μm~0.3μmであり、かつポリマー粒子(B)の平均粒子径が、0.1μm~5μmであることが好ましい。これにより、負極合材層の抵抗を上げることなく、電池特性を確保することができる。加えて、負極合材層と集電体との界面抵抗を上昇させることなく、負極の寿命特性を維持することができる。更に、組成物の加工性はより優れる。
(1.4.1) Relationship between binder and polymer particles It is preferable that the average particle diameter of the binder (C) is 0.1 μm to 0.3 μm, and the average particle diameter of the polymer particles (B) is 0.1 μm to 5 μm. This makes it possible to ensure the battery characteristics without increasing the resistance of the negative electrode mixture layer. In addition, it is possible to maintain the life characteristics of the negative electrode without increasing the interface resistance between the negative electrode mixture layer and the current collector. Furthermore, the processability of the composition is better.
(1.5)導電助剤
本開示の組成物は、導電助剤(E)を含んでもよいし、含まなくてもよい。
(1.5) Conductive Aid The composition of the present disclosure may or may not contain a conductive aid (E).
「導電助剤」とは、リチウムイオン二次電池において、活物質として機能せず、活物質同士の電気伝導、及び活物質と集電体との電気伝導を向上させる材料を示す。「活物質」とは、正極及び負極で、電池反応を行う材料を示す。従って、導電助剤の中でも、電池を充放電した際に合材層において活物質として機能しうるものは、導電助剤ではなく活物質に分類する。「電池反応」とは、正極と負極との間で行われるリチウムイオンの挿入反応及び脱離反応を示す。 "Conductive additive" refers to a material that does not function as an active material in a lithium-ion secondary battery, but improves electrical conduction between active materials and between the active material and the current collector. "Active material" refers to a material that undergoes a battery reaction in the positive and negative electrodes. Therefore, among conductive additives, those that can function as active materials in the composite layer when the battery is charged and discharged are classified as active materials rather than conductive additives. "Battery reaction" refers to the insertion and desorption reaction of lithium ions that takes place between the positive and negative electrodes.
導電助剤(E)の材質としては、公知の導電助剤を用いてもよく、導電性を有する炭素材料を含むことが好ましい。導電性を有する炭素材料としては、グラファイト、カーボンブラック、導電性炭素繊維、フラーレンなどが挙げられる。導電性炭素繊維としては、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバーなどが挙げられる。グラファイトとしては、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛などが挙げられる。天然黒鉛としては、例えば、燐片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛などが挙げられる。導電助剤は、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。導電助剤(E)は、市販品であってもよい。導電助剤(E)の市販品としては、TIMCAL社製の「Super-P」等が挙げられる。 The conductive assistant (E) may be a known conductive assistant, and preferably contains a carbon material having conductivity. Examples of conductive carbon materials include graphite, carbon black, conductive carbon fiber, and fullerene. Examples of conductive carbon fibers include carbon nanotubes, carbon nanofibers, and carbon fibers. Examples of graphite include artificial graphite and natural graphite. Examples of natural graphite include flake graphite, lump graphite, and earthy graphite. The conductive assistant may be used alone or in combination of two or more types. The conductive assistant (E) may be a commercially available product. An example of a commercially available conductive assistant (E) is "Super-P" manufactured by TIMCAL.
導電助剤(E)の平均粒子径は、好ましくは5μm以下、より好ましくは1μm~4μmである。その1次粒子径は好ましくは0.5μm以下、より好ましくは0.1μm~0.4μmである。
導電助剤(E)のBET比表面積は、好ましくは30m2/g~100m2/g、より好ましくは40m2/g~80m2/gである。
The conductive assistant (E) has an average particle size of preferably 5 μm or less, more preferably 1 μm to 4 μm, and a primary particle size of preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.1 μm to 0.4 μm.
The BET specific surface area of the conductive assistant (E) is preferably 30 m 2 /g to 100 m 2 /g, and more preferably 40 m 2 /g to 80 m 2 /g.
(1.6)非固形分
本開示の組成物は、非固形分を含んでもよいし、含まなくてもよい。
例えば、負極合材層が負極合材スラリーから形成される場合、負極合材層には、その負極合材スラリー由来の各種配合成分が含まれることがある。非固形分としては、負極合材スラリー由来の各種配合成分(例えば、増粘剤、界面活性剤、分散剤、濡れ剤、消泡剤等)、水等が挙げられる。
(1.6) Non-Solid Content The compositions of the present disclosure may or may not contain non-solid content.
For example, when the negative electrode mixture layer is formed from a negative electrode mixture slurry, the negative electrode mixture layer may contain various compounding components derived from the negative electrode mixture slurry. Examples of the non-solid content include various compounding components derived from the negative electrode mixture slurry (e.g., thickeners, surfactants, dispersants, wetting agents, antifoaming agents, etc.), water, etc.
(2)負極合材層
本開示の負極合材層は、本開示の組成物を含む。これにより、本開示の負極合材層を用いたリチウムイオン二次電池の安全性は優れる。
(2) Negative electrode mixture layer The negative electrode mixture layer of the present disclosure contains the composition of the present disclosure. This makes it possible to provide a lithium ion secondary battery using the negative electrode mixture layer of the present disclosure with excellent safety.
負極合材層は、活物質(D)(以下、「負極活物質(D)」ともいう。)を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。 The negative electrode composite layer may or may not contain active material (D) (hereinafter also referred to as "negative electrode active material (D)").
(2.1)負極活物質
負極活物質(D)は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な物質であれば特に制限はない。負極活物質(D)は、例えば、金属リチウム、リチウム含有合金、リチウムとの合金化が可能な金属もしくは合金、リチウムイオンのドープ及び脱ドープが可能な酸化物、リチウムイオンのドープ及び脱ドープが可能な遷移金属窒素化物、並びにリチウムイオンのドープ及び脱ドープが可能な炭素材料からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。これらの中でも、負極活物質(D)は、リチウムイオンをドープ及び脱ドープすることが可能な炭素材料(以下、「炭素材料」という。)が好ましい。
(2.1) Negative Electrode Active Material The negative electrode active material (D) is not particularly limited as long as it is a material capable of absorbing and releasing lithium ions. The negative electrode active material (D) is preferably at least one selected from the group consisting of, for example, metallic lithium, lithium-containing alloys, metals or alloys capable of alloying with lithium, oxides capable of doping and dedoping lithium ions, transition metal nitrides capable of doping and dedoping lithium ions, and carbon materials capable of doping and dedoping lithium ions. Among these, the negative electrode active material (D) is preferably a carbon material capable of doping and dedoping lithium ions (hereinafter referred to as "carbon material").
炭素材料としては、カーボンブラック、活性炭、黒鉛材料、非晶質炭素材料などが挙げられる。これらの炭素材料は、1種類で使用してもよく、2種類以上混合して使用してもよい。炭素材料の形態は、特に限定されず、例えば、繊維状、球状、フレーク状などが挙げられる。炭素材料の大きさは、特に限定されず、好ましくは5μm~50μm、より好ましくは20μm~30μmである。
非晶質炭素材料として、例えば、ハードカーボン、コークス、1500℃以下に焼成したメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチカーボンファイバー(MCF)などが挙げられる。
黒鉛材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛が挙げられる。人造黒鉛としては、黒鉛化MCMB、黒鉛化MCFなどが挙げられる。黒鉛材料は、ホウ素を含有してもよい。黒鉛材料は、金属又は非晶質炭素で被覆されていてもよい。黒鉛材料を被覆する金属の材質としては、金、白金、銀、銅、スズなどが挙げられる。黒鉛材料は、非晶質炭素と黒鉛との混合物であってもよい。
Examples of carbon materials include carbon black, activated carbon, graphite materials, and amorphous carbon materials. These carbon materials may be used alone or in combination of two or more. The form of the carbon material is not particularly limited, and examples of the form include fibrous, spherical, and flaky forms. The size of the carbon material is not particularly limited, and is preferably 5 μm to 50 μm, and more preferably 20 μm to 30 μm.
Examples of amorphous carbon materials include hard carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB) calcined at 1500° C. or less, and mesophase pitch carbon fiber (MCF).
Examples of the graphite material include natural graphite and artificial graphite. Examples of the artificial graphite include graphitized MCMB and graphitized MCF. The graphite material may contain boron. The graphite material may be coated with a metal or amorphous carbon. Examples of the metal material that coats the graphite material include gold, platinum, silver, copper, and tin. The graphite material may be a mixture of amorphous carbon and graphite.
(2.2)その他の成分
負極合材層は、上記各成分に加えて、その他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、増粘剤、界面活性剤、分散剤、濡れ剤、消泡剤などが挙げられる。
(2.2) Other Components The negative electrode mixture layer may contain other components in addition to the above-mentioned components. Examples of the other components include a thickener, a surfactant, a dispersant, a wetting agent, and a defoamer.
(2.3)含有量
本開示の負極合材層が、負極活物質(D)を含む場合、本開示の組成物の含有量は、特に限定されず、負極活物質(D)100質量部に対して、0.5質量部~10質量部であることが好ましい。これにより、電池性能に影響を与えることなく、安全性を向上させることができる。
組成物の含有量は、上記安全性と電池性能との両立の観点から、負極活物質(D)100質量部に対して、より好ましくは0.5質量部~6.5質量部、さらに好ましくは0.5質量部~5質量部である。
(2.3) Content When the negative electrode mixture layer of the present disclosure contains the negative electrode active material (D), the content of the composition of the present disclosure is not particularly limited, and is preferably 0.5 parts by mass to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the negative electrode active material (D). This makes it possible to improve safety without affecting battery performance.
From the viewpoint of achieving both safety and battery performance, the content of the composition is more preferably 0.5 to 6.5 parts by mass, and even more preferably 0.5 to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of the negative electrode active material (D).
熱膨張性マイクロカプセル(A)の含有量は、特に限定されず、負極合材層の全量に対して、好ましくは0.1質量%~5.0質量%、より好ましくは0.3質量%~3.0質量%、更に好ましくは0.5質量%~2.5質量%、特に好ましくは1.0質量%~2.5質量%、一層好ましくは1.3質量%~2.5質量%、より一層好ましくは1.4質量%~2.0質量%である。熱膨張性マイクロカプセル(A)の含有量が上記範囲内であれば、リチウムイオン二次電池の発熱時に、積極的に負極合材層の負極内部抵抗を上昇させることができ、リチウムイオン二次電池を安全化することができる。 The content of the thermally expandable microcapsules (A) is not particularly limited, and is preferably 0.1% by mass to 5.0% by mass, more preferably 0.3% by mass to 3.0% by mass, even more preferably 0.5% by mass to 2.5% by mass, particularly preferably 1.0% by mass to 2.5% by mass, even more preferably 1.3% by mass to 2.5% by mass, and even more preferably 1.4% by mass to 2.0% by mass, relative to the total amount of the negative electrode mixture layer. If the content of the thermally expandable microcapsules (A) is within the above range, the negative electrode internal resistance of the negative electrode mixture layer can be actively increased when the lithium ion secondary battery generates heat, and the lithium ion secondary battery can be made safer.
ポリマー粒子(B)の含有量は、特に限定されず、負極合材層の全量に対して、好ましくは0.1質量%~5.0質量%、より好ましくは0.3質量%~2.0質量%、更に好ましくは0.3質量%~1.0質量%、特に好ましくは0.3質量%~0.7質量%である。ポリマー粒子(B)の含有量が上記範囲内であれば、リチウムイオン二次電池の発熱時に、積極的に負極合材層の負極内部抵抗を上昇させることができ、リチウムイオン二次電池を安全化することができる。 The content of the polymer particles (B) is not particularly limited, and is preferably 0.1% by mass to 5.0% by mass, more preferably 0.3% by mass to 2.0% by mass, even more preferably 0.3% by mass to 1.0% by mass, and particularly preferably 0.3% by mass to 0.7% by mass, relative to the total amount of the negative electrode mixture layer. If the content of the polymer particles (B) is within the above range, the negative electrode internal resistance of the negative electrode mixture layer can be actively increased when the lithium ion secondary battery generates heat, and the lithium ion secondary battery can be made safer.
本開示の組成物がバインダ(C)を含有する場合(すなわち、組成物がバインダ(C)を含有する場合)、バインダ(C)の含有量は、特に限定されず、負極合材層の全量に対して、好ましくは0.1質量%~5質量%、より好ましくは1質量%~5質量%、更に好ましくは1質量%~3質量%である。バインダ(C)の含有量が上記範囲内であれば、リチウムイオン二次電池の充放電過程で、活物質が脱離しにくく、電池容量の低下は抑制される。 When the composition of the present disclosure contains a binder (C) (i.e., when the composition contains a binder (C)), the content of the binder (C) is not particularly limited and is preferably 0.1% by mass to 5% by mass, more preferably 1% by mass to 5% by mass, and even more preferably 1% by mass to 3% by mass, relative to the total amount of the negative electrode mixture layer. If the content of the binder (C) is within the above range, the active material is less likely to be detached during the charge and discharge process of the lithium ion secondary battery, and a decrease in battery capacity is suppressed.
負極合材層が負極活物質(D)を含有する場合(すなわち、組成物が負極活物質(D)を含有する場合)、負極活物質(D)の含有量は、特に限定されず、負極合材層の全量に対し、好ましくは10質量%~99.9質量%、より好ましくは30質量%~98質量%、更に好ましくは50質量%~98質量%、特に好ましくは70質量%~97質量%である。負極活物質(D)の含有量が上記範囲内であれば、電池性能は向上する。 When the negative electrode mixture layer contains the negative electrode active material (D) (i.e., when the composition contains the negative electrode active material (D)), the content of the negative electrode active material (D) is not particularly limited, and is preferably 10% by mass to 99.9% by mass, more preferably 30% by mass to 98% by mass, even more preferably 50% by mass to 98% by mass, and particularly preferably 70% by mass to 97% by mass, relative to the total amount of the negative electrode mixture layer. If the content of the negative electrode active material (D) is within the above range, the battery performance is improved.
負極合材層が導電助剤(E)を含有する場合(すなわち、組成物が導電助剤(E)を含有する場合)、導電助剤(E)の含有量は、下記の範囲であることが好ましい。
導電助剤(E)の含有量は、特に限定されず、負極活物質(D)100質量部に対し、0.1質量部~10質量部であることが好ましい。これにより、電池性能が向上する。
導電助剤(E)の含有量は、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の観点から、負極活物質(D)100質量部に対し、より好ましくは0.1質量部~5質量部、更に好ましくは0.1質量部~3質量部である。
When the negative electrode mixture layer contains the conductive assistant (E) (that is, when the composition contains the conductive assistant (E)), the content of the conductive assistant (E) is preferably in the following range.
The content of the conductive assistant (E) is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the negative electrode active material (D), thereby improving the battery performance.
From the viewpoint of the internal resistance of the lithium ion secondary battery, the content of the conductive assistant (E) is more preferably 0.1 parts by mass to 5 parts by mass, and even more preferably 0.1 parts by mass to 3 parts by mass, per 100 parts by mass of the negative electrode active material (D).
熱膨張性マイクロカプセル(A)の含有量とポリマー粒子(B)の含有量との合計量は、負極活物質(D)含有量100質量部に対し、0.1質量部~10質量部であることが好ましい。これにより、リチウムイオン二次電池の発熱時に、積極的に負極合材層の負極内部抵抗を上昇させることができ、リチウムイオン二次電池を安全化することができる。
熱膨張性マイクロカプセル(A)の含有量とポリマー粒子(B)の含有量との合計量は、電池性能と安全性との両立の観点から、負極活物質(D)含有量100質量部に対し、より好ましくは0.1質量部~5質量部である。
The total content of the thermally expandable microcapsules (A) and the polymer particles (B) is preferably 0.1 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the negative electrode active material (D). This makes it possible to actively increase the negative electrode internal resistance of the negative electrode mixture layer when the lithium ion secondary battery generates heat, thereby making the lithium ion secondary battery safer.
From the viewpoint of achieving both battery performance and safety, the total content of the thermally expandable microcapsules (A) and the polymer particles (B) is more preferably 0.1 to 5 parts by mass per 100 parts by mass of the negative electrode active material (D).
(3)二次電池用負極
本開示の二次電池用負極(以下、「負極」ともいう。)は、本開示の負極合材層を含む。これにより、本開示の負極を用いたリチウムイオン二次電池の安全性は優れる。
(3) Negative electrode for secondary battery The negative electrode for secondary battery (hereinafter also referred to as "negative electrode") of the present disclosure includes the negative electrode mixture layer of the present disclosure. This makes it possible to provide a lithium ion secondary battery using the negative electrode of the present disclosure with excellent safety.
本開示の負極は、負極活物質(D)を更に含有する負極合材層と、集電体(以下、「負極集電体」ともいう。)とを備えることが好ましい。詳しくは、本開示の負極において、負極合材層は、負極活物質(D)を更に含み、かつ、負極合材層は、集電体の少なくとも一方の面に積層されていることが好ましい。 The negative electrode of the present disclosure preferably includes a negative electrode composite layer further containing a negative electrode active material (D) and a current collector (hereinafter also referred to as a "negative electrode current collector"). In more detail, in the negative electrode of the present disclosure, it is preferable that the negative electrode composite layer further contains a negative electrode active material (D), and that the negative electrode composite layer is laminated on at least one surface of the current collector.
「集電体」とは、リチウムイオン二次電池において、活物質から発生した電子を集め、かつ活物質に電子を供給するためのシート状物を示す。 "Current collector" refers to a sheet-like material that collects electrons generated from active materials in lithium-ion secondary batteries and supplies electrons to the active materials.
(3.1)負極合材層
本開示の負極において、負極合材層は、負極活物質(D)を含むことの他は、上述した負極合材層と同様である。
(3.1) Negative Electrode Mixture Layer In the negative electrode of the present disclosure, the negative electrode mix layer is similar to the negative electrode mix layer described above, except that it contains a negative electrode active material (D).
本開示の負極において、組成物の含有量は、特に限定されず、負極活物質(D)100質量部に対して、0.5質量部~10質量部であることが好ましい。これにより、電池性能に影響を与えることなく、安全性を向上させることができる。
組成物の含有量は、上記安全性と電池性能との両立の観点から、負極活物質(D)100質量部に対して、より好ましくは0.5質量部~6.5質量部、さらに好ましくは0.5質量部~5質量部である。
In the negative electrode of the present disclosure, the content of the composition is not particularly limited, and is preferably 0.5 parts by mass to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the negative electrode active material (D), which can improve safety without affecting the battery performance.
From the viewpoint of achieving both safety and battery performance, the content of the composition is more preferably 0.5 to 6.5 parts by mass, and even more preferably 0.5 to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of the negative electrode active material (D).
本開示の負極において、負極合材層が導電助剤(E)を含有する場合(すなわち、組成物が導電助剤(E)を含有する場合)、導電助剤(E)の含有量は、下記の範囲であることが好ましい。
導電助剤(E)の含有量は、特に限定されず、負極活物質(D)100質量部に対し、0.1質量部~10質量部であることが好ましい。これにより、電池性能が向上する。
導電助剤(E)の含有量は、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の観点から、負極活物質(D)100質量部に対し、より好ましくは0.1質量部~5質量部、更に好ましくは0.1質量部~3質量部である。
In the negative electrode of the present disclosure, when the negative electrode mixture layer contains a conductive assistant (E) (i.e., when the composition contains a conductive assistant (E)), the content of the conductive assistant (E) is preferably in the following range.
The content of the conductive assistant (E) is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the negative electrode active material (D), thereby improving the battery performance.
From the viewpoint of the internal resistance of the lithium ion secondary battery, the content of the conductive assistant (E) is more preferably 0.1 parts by mass to 5 parts by mass, and even more preferably 0.1 parts by mass to 3 parts by mass, per 100 parts by mass of the negative electrode active material (D).
(3.2)負極集電体
負極集電体の材質としては、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼材(SUS)、ニッケルメッキ鋼材などが挙げられる。
(3.2) Negative Electrode Current Collector Examples of the material for the negative electrode current collector include copper, aluminum, nickel, stainless steel (SUS), and nickel-plated steel.
(4)リチウムイオン二次電池
本開示のリチウムイオン二次電池は、本開示の負極と、正極と、セパレータと、非水電解液とを備える。これにより、本開示のリチウムイオン二次電池の安全性は優れる。
(4) Lithium-ion secondary battery The lithium-ion secondary battery of the present disclosure includes the negative electrode of the present disclosure, a positive electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution, which provides excellent safety for the lithium-ion secondary battery of the present disclosure.
(4.1)正極
正極は、活物質(以下、「正極活物質」ともいう。)を少なくとも1種含むことが好ましい。正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能である。
(4.1) Positive Electrode The positive electrode preferably contains at least one active material (hereinafter also referred to as "positive electrode active material".) The positive electrode active material is capable of absorbing and releasing lithium ions.
正極は、集電体(以下、「正極集電体」ともいう。)と、正極合材層とを備える。正極合材層は、正極集電体の表面の少なくとも一部に設けられる。 The positive electrode comprises a current collector (hereinafter also referred to as the "positive electrode current collector") and a positive electrode composite layer. The positive electrode composite layer is provided on at least a portion of the surface of the positive electrode current collector.
「正極合材層」とは、正極に用いられる合材層を示す。 "Positive electrode composite layer" refers to the composite layer used in the positive electrode.
正極集電体の材質としては、例えば、金属又は合金が挙げられる。詳しくは、正極集電体の材質として、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼材(SUS)、銅などが挙げられる。中でも、導電性の高さとコストとのバランスの観点から、正極集電体の材質は、アルミニウムであることが好ましい。 The material of the positive electrode current collector can be, for example, a metal or an alloy. More specifically, the material of the positive electrode current collector can be aluminum, nickel, stainless steel (SUS), copper, etc. Among them, from the viewpoint of the balance between high conductivity and cost, it is preferable that the material of the positive electrode current collector is aluminum.
正極合材層は、正極活物質及びバインダを含有する。 The positive electrode mixture layer contains a positive electrode active material and a binder.
正極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な物質であれば特に限定されず、リチウムイオン二次電池の用途などに応じて、適宜調整され得る。 There are no particular limitations on the positive electrode active material, so long as it is a material capable of absorbing and releasing lithium ions, and it can be adjusted appropriately depending on the application of the lithium ion secondary battery.
正極活物質としては、例えば、第1酸化物、第2酸化物などが挙げられる。
第1酸化物は、リチウム(Li)とニッケル(Ni)とを構成金属元素とする。
第2酸化物は、Liと、Niと、Li及びNi以外の金属元素の少なくとも1種と、を構成金属元素として含む。Li及びNi以外の金属元素としては、例えば、遷移金属元素、典型金属元素などが挙げられる。第2酸化物は、Li及びNi以外の金属元素として、好ましくは、原子数換算で、Niと同程度、又は、Niよりも少ない割合で含むことが好ましい。Li及びNi以外の金属元素は、例えば、Co、Mn、Al、Cr、Fe、V、Mg、Ca、Na、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La及びCeからなる群から選択される少なくとも1種であり得る。これらの正極活物質は、単独で用いても複数を混合して用いてもよい。
Examples of the positive electrode active material include a first oxide and a second oxide.
The first oxide contains lithium (Li) and nickel (Ni) as constituent metal elements.
The second oxide contains Li, Ni, and at least one metal element other than Li and Ni as a constituent metal element. Examples of metal elements other than Li and Ni include transition metal elements and typical metal elements. The second oxide preferably contains metal elements other than Li and Ni in an amount equal to or less than Ni in terms of atomic number. The metal elements other than Li and Ni may be, for example, at least one selected from the group consisting of Co, Mn, Al, Cr, Fe, V, Mg, Ca, Na, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Cu, Zn, Ga, In, Sn, La, and Ce. These positive electrode active materials may be used alone or in a mixture of a plurality of them.
正極活物質は、下記式(C1)で表されるリチウム含有複合酸化物(以下、「NCM」ともいう。)を含むことが好ましい。リチウム含有複合酸化物(C1)は、単位体積当たりのエネルギー密度が高く、熱安定性にも優れるという利点を有する。 The positive electrode active material preferably contains a lithium-containing composite oxide (hereinafter also referred to as "NCM") represented by the following formula (C1). The lithium-containing composite oxide (C1) has the advantages of high energy density per unit volume and excellent thermal stability.
LiNiaCobMncO2 … 式(C1) LiNi a Co b Mn c O 2 ... Formula (C1)
式(C1)中、a、b及びcは、それぞれ独立に、0超1未満であり、a、b及びcの合計は、0.99~1.00である。 In formula (C1), a, b, and c are each independently greater than 0 and less than 1, and the sum of a, b, and c is 0.99 to 1.00.
NCMの具体例としては、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2(NCM333)、LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2(NCM532)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)などが挙げられる。 Specific examples of NCM include LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2 ( NCM333 ) , LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2 ( NCM532 ) , LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 ( NCM523 ) , LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 ( NCM622 ) , and LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 ( NCM811 ) .
正極活物質は、下記式(C2)で表されるリチウム含有複合酸化物(以下、「NCA」ともいう。)を含んでもよい。 The positive electrode active material may contain a lithium-containing composite oxide (hereinafter also referred to as "NCA") represented by the following formula (C2):
LitNi1-x-yCoxAlyO2 … 式(C2) Li t Ni 1-x-y Co x Al y O 2 ... Formula (C2)
式(C2)中、tは、0.95~1.15であり、xは、0~0.3であり、yは、0.1~0.2であり、x及びyの合計は、0.5未満である。 In formula (C2), t is 0.95 to 1.15, x is 0 to 0.3, y is 0.1 to 0.2, and the sum of x and y is less than 0.5.
NCAの具体例としては、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2などが挙げられる。 Specific examples of NCAs include LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 .
正極合材層中の正極活物質の含有量は、正極合材層の全量に対し、好ましくは10質量%~99.9質量%、より好ましくは30質量%~99質量%、更に好ましくは50質量%~99質量%、特に好ましくは70質量%~99質量%である。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer is preferably 10% by mass to 99.9% by mass, more preferably 30% by mass to 99% by mass, even more preferably 50% by mass to 99% by mass, and particularly preferably 70% by mass to 99% by mass, based on the total amount of the positive electrode mixture layer.
バインダとしては、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、フッ素樹脂、ゴム粒子などが挙げられる。
フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体などが挙げられる。
ゴム粒子としては、スチレン-ブタジエンゴム粒子、アクリロニトリルゴム粒子などが挙げられる。
これらの中でも、正極合材層の耐酸化性を向上させる観点から、バインダは、フッ素樹脂が好ましい。バインダは1種を単独で使用でき、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用できる。
Examples of the binder include polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, nitrocellulose, fluororesin, and rubber particles.
Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, and the like.
Examples of the rubber particles include styrene-butadiene rubber particles and acrylonitrile rubber particles.
Among these, from the viewpoint of improving the oxidation resistance of the positive electrode mixture layer, the binder is preferably a fluororesin. One type of binder may be used alone, or two or more types may be used in combination as necessary.
正極合材層中におけるバインダの含有量は、正極合材層の物性(例えば、電解液浸透性、剥離強度、など)と電池性能との両立の観点から、正極合材層の全量に対し、好ましくは0.1質量%~4質量%である。バインダの含有量が0.1質量%以上であると、正極集電体に対する正極合材層の接着性、及び、正極活物質同士の結着性がより向上する。バインダの含有量が4質量%以下であると、正極合材層中における正極活物質の量をより多くすることができるので、容量がより向上する。 The binder content in the positive electrode composite layer is preferably 0.1% to 4% by mass relative to the total amount of the positive electrode composite layer, from the viewpoint of achieving both the physical properties of the positive electrode composite layer (e.g., electrolyte permeability, peel strength, etc.) and battery performance. If the binder content is 0.1% by mass or more, the adhesion of the positive electrode composite layer to the positive electrode current collector and the binding between the positive electrode active materials are further improved. If the binder content is 4% by mass or less, the amount of positive electrode active material in the positive electrode composite layer can be increased, thereby further improving the capacity.
正極合材層は、導電助剤を含むことが好ましい。
導電助剤の材質としては、公知の導電助剤であってもよく、本開示の組成物に含まれる導電助剤(D)として例示したものと同様である。
The positive electrode mixture layer preferably contains a conductive assistant.
The material of the conductive assistant may be a known conductive assistant, and is the same as the examples of the conductive assistant (D) contained in the composition of the present disclosure.
正極合材層は、その他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、増粘剤、界面活性剤、分散剤、濡れ剤、消泡剤などが挙げられる。 The positive electrode mixture layer may contain other components. Examples of the other components include a thickener, a surfactant, a dispersant, a wetting agent, and an antifoaming agent.
(4.2)セパレータ
セパレータとしては、例えば、多孔質の樹脂平板が挙げられる。多孔質の樹脂平板の材質としては、樹脂、この樹脂を含む不織布などが挙げられる。樹脂としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミドなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。
(4.2) Separator The separator may be, for example, a porous resin plate. The material of the porous resin plate may be a resin or a nonwoven fabric containing the resin. The resin may be a thermoplastic resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP), polyester, cellulose, or polyamide.
なかでも、セパレータは、単層又は多層構造の多孔性樹脂シートであることが好ましい。多孔性樹脂シートの材質は、一種又は二種以上のポリオレフィン樹脂を主体とする。セパレータの厚みは、好ましくは5μm~30μmである。セパレータは、好ましくは、正極と負極との間に配置される。 In particular, the separator is preferably a porous resin sheet having a single layer or multilayer structure. The material of the porous resin sheet is mainly made of one or more types of polyolefin resin. The thickness of the separator is preferably 5 μm to 30 μm. The separator is preferably disposed between the positive electrode and the negative electrode.
前記セパレータが、熱可塑性樹脂からなり、
前記熱可塑性樹脂の軟化点が、前記ポリマー粒子(B)の前記軟化点より高く、かつ前記熱膨張性マイクロカプセル(A)の体積膨張開始温度よりも低いことが好ましい。
これによりセパレータの温度が熱可塑性樹脂の軟化点に達すると、セパレータに含まれる熱可塑性樹脂が融解して、セパレータの細孔が目詰まりする。その結果、電池反応の進行は遮断され、リチウムイオン二次電池の発熱は、より抑制され得る。
The separator is made of a thermoplastic resin,
The softening point of the thermoplastic resin is preferably higher than the softening point of the polymer particles (B) and lower than the volume expansion starting temperature of the thermally expandable microcapsules (A).
When the temperature of the separator reaches the softening point of the thermoplastic resin, the thermoplastic resin melts and clogs the pores of the separator, blocking the progress of the battery reaction and further suppressing heat generation in the lithium-ion secondary battery.
(4.3)非水電解液
非水電解液は、電解質、及び非水溶媒を含有する。
(4.3) Nonaqueous Electrolyte The nonaqueous electrolyte contains an electrolyte and a nonaqueous solvent.
(4.3.1)電解質
電解質は、フッ素を含むリチウム塩(以下、「含フッ素リチウム塩」ともいう。)、及びフッ素を含まないリチウム塩の少なくとも1種を含有することが好ましい。
(4.3.1) Electrolyte The electrolyte preferably contains at least one of a fluorine-containing lithium salt (hereinafter also referred to as a "fluorine-containing lithium salt") and a fluorine-free lithium salt.
含フッ素リチウム塩としては、例えば、無機酸陰イオン塩、有機酸陰イオン塩などが挙げられる。
無機酸陰イオン塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)、六フッ化タンタル酸リチウム(LiTaF6)、などが挙げられる。
有機酸陰イオン塩としては、例えば、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)などが挙げられる。中でも、含フッ素リチウム塩としては、LiPF6が特に好ましい。
フッ素を含まないリチウム塩としては、過塩素酸リチウム(LiClO4)、四塩化アルミニウム酸リチウム(LiAlCl4)、リチウムデカクロロデカホウ素酸(Li2B10Cl10)などが挙げられる。
Examples of the fluorine-containing lithium salt include inorganic acid anion salts and organic acid anion salts.
Examples of inorganic acid anion salts include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), and lithium hexafluorotantalate (LiTaF 6 ).
Examples of organic acid anion salts include lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ). Among them, LiPF 6 is particularly preferred as the fluorine-containing lithium salt.
Examples of fluorine-free lithium salts include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium aluminum tetrachloride (LiAlCl 4 ), and lithium decachlorodecaborate (Li 2 B 10 Cl 10 ).
電解質が含フッ素リチウム塩を含む場合、含フッ素リチウム塩の含有量は、電解質の全量に対して、好ましくは50質量%~100質量%、より好ましくは60質量%~100質量%、更に好ましくは80質量%~100質量%である。 When the electrolyte contains a fluorine-containing lithium salt, the content of the fluorine-containing lithium salt is preferably 50% by mass to 100% by mass, more preferably 60% by mass to 100% by mass, and even more preferably 80% by mass to 100% by mass, based on the total amount of the electrolyte.
含フッ素リチウム塩が六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を含む場合、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)の含有量は、電解質の全量に対して、好ましくは50質量%~100質量%、より好ましくは60質量%~100質量%、更に好ましくは80質量%~100質量%である。 When the fluorine-containing lithium salt contains lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), the content of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is preferably 50% by mass to 100% by mass, more preferably 60% by mass to 100% by mass, and even more preferably 80% by mass to 100% by mass, based on the total amount of the electrolyte.
非水電解液が電解質を含む場合、非水電解液における電解質の濃度は、好ましくは0.1mol/L~3mol/L、より好ましくは0.5mol/L~2mol/Lである。 When the non-aqueous electrolyte contains an electrolyte, the concentration of the electrolyte in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 mol/L to 3 mol/L, more preferably 0.5 mol/L to 2 mol/L.
非水電解液が六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を含む場合、非水電解液における六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)の濃度は、好ましくは0.1mol/L~3mol/L、より好ましくは0.5mol/L~2mol/Lである。 When the non-aqueous electrolyte contains lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), the concentration of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 mol/L to 3 mol/L, and more preferably 0.5 mol/L to 2 mol/L.
(4.3.2)非水溶媒
非水電解液は、一般的に、非水溶媒を含有する。
(4.3.2) Nonaqueous Solvent The nonaqueous electrolyte generally contains a nonaqueous solvent.
非水溶媒としては、例えば、環状カーボネート類、含フッ素環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、含フッ素鎖状カーボネート類、脂肪族カルボン酸エステル類、含フッ素脂肪族カルボン酸エステル類、γ-ラクトン類、含フッ素γ-ラクトン類、環状エーテル類、含フッ素環状エーテル類、鎖状エーテル類、含フッ素鎖状エーテル類、ニトリル類、アミド類、ラクタム類、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、燐酸トリメチル、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホキシド燐酸、などが挙げられる。非水溶媒は、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Examples of non-aqueous solvents include cyclic carbonates, fluorine-containing cyclic carbonates, chain carbonates, fluorine-containing chain carbonates, aliphatic carboxylic acid esters, fluorine-containing aliphatic carboxylic acid esters, γ-lactones, fluorine-containing γ-lactones, cyclic ethers, fluorine-containing cyclic ethers, chain ethers, fluorine-containing chain ethers, nitriles, amides, lactams, nitromethane, nitroethane, sulfolane, trimethyl phosphate, dimethyl sulfoxide, dimethyl sulfoxide phosphate, etc. The non-aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more.
環状カーボネート類としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)などが挙げられる。
含フッ素環状カーボネート類としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、トリフルオロプロピレンカーボネート、などが挙げられる。
鎖状カーボネート類としては、例えば、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)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、エチルプロピルカーボネート(EPC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、などが挙げられる。
含フッ素鎖状カーボネート類としては、例えば、メチル2,2,2-トリフルオロエチルカーボネート、などが挙げられる。
脂肪族カルボン酸エステル類としては、例えば、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酪酸メチル、ギ酸エチル、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、酪酸エチル、イソ酪酸エチル、トリメチル酪酸エチル、などが挙げられる。
含フッ素脂肪族カルボン酸エステル類としては、例えば、ジフルオロ酢酸メチル、3,3,3-トリフルオロプロピオン酸メチル、ジフルオロ酢酸エチル、酢酸2,2,2-トリフルオロエチル、などが挙げられる。
γ-ラクトン類としては、例えば、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、などが挙げられる。
環状エーテル類としては、例えば、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3-ジオキソラン、4-メチル-1,3-ジオキソラン、1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン、などが挙げられる。
鎖状エーテル類としては、例えば、1,2-エトキシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EME)、ジエチルエーテル、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジブトキシエタン、などが挙げられる。
含フッ素鎖状エーテル類としては、例えば、HCF2CF2CH2OCF2CF2H、CF3CF2CH2OCF2CF2H、HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3、CF3CF2CH2OCF2CFHCF3、C6F13OCH3、C6F13OC2H5、C8F17OCH3、C8F17OC2H5、CF3CFHCF2CH(CH3)OCF2CFHCF3、HCF2CF2OCH(C2H5)2、HCF2CF2OC4H9、HCF2CF2OCH2CH(C2H5)2、HCF2CF2OCH2CH(CH3)2、などが挙げられる。
ニトリル類としては、例えば、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3-メトキシプロピオニトリル、などが挙げられる。
アミド類としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、などが挙げられる。
ラクタム類としては、例えば、N-メチルピロリジノン、N-メチルオキサゾリジノン、N,N'-ジメチルイミダゾリジノン、などが挙げられる。
Examples of cyclic carbonates include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC).
Examples of fluorine-containing cyclic carbonates include fluoroethylene carbonate (FEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), trifluoropropylene carbonate, and the like.
Examples of chain carbonates include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), and dipropyl carbonate (DPC).
Examples of fluorine-containing chain carbonates include methyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate.
Examples of aliphatic carboxylate esters include methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethylbutyrate, ethyl formate, ethyl acetate, ethyl propionate, ethyl butyrate, ethyl isobutyrate, and ethyl trimethylbutyrate.
Examples of the fluorine-containing aliphatic carboxylate esters include methyl difluoroacetate, methyl 3,3,3-trifluoropropionate, ethyl difluoroacetate, and 2,2,2-trifluoroethyl acetate.
Examples of γ-lactones include γ-butyrolactone and γ-valerolactone.
Examples of cyclic ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxane, and 1,4-dioxane.
Examples of chain ethers include 1,2-ethoxyethane (DEE), ethoxymethoxyethane (EME), diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane.
Examples of fluorine - containing chain ethers include HCF2CF2CH2OCF2CF2H , CF3CF2CH2OCF2CF2H , HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3 , CF3CF2CH2OCF2CFHCF3 , C6F13OCH3 , C6F13OC2H5 , C8F17OCH3 , C8F17OC2H5 , CF3CFHCF2CH ( CH3 ) OCF2CFHCF3 , and HCF2CF2OCH ( C2H5 ) . 2 , HCF2CF2OC4H9 , HCF2CF2OCH2CH ( C2H5 ) 2 , HCF2CF2OCH2CH ( CH3 ) 2 , etc.
Examples of nitriles include acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, and 3-methoxypropionitrile.
The amides include, for example, N,N-dimethylformamide.
Examples of lactams include N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, and N,N'-dimethylimidazolidinone.
非水溶媒は、環状カーボネート類、含フッ素環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、及び含フッ素鎖状カーボネート類からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。この場合、環状カーボネート類、含フッ素環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、及び含フッ素鎖状カーボネート類の合計の割合は、非水溶媒の全量に対して、好ましくは50質量%~100質量%、より好ましくは60質量%~100質量%、更に好ましくは80質量%~100質量%である。 The non-aqueous solvent preferably contains at least one selected from the group consisting of cyclic carbonates, fluorine-containing cyclic carbonates, chain carbonates, and fluorine-containing chain carbonates. In this case, the total proportion of the cyclic carbonates, fluorine-containing cyclic carbonates, chain carbonates, and fluorine-containing chain carbonates is preferably 50% by mass to 100% by mass, more preferably 60% by mass to 100% by mass, and even more preferably 80% by mass to 100% by mass, based on the total amount of the non-aqueous solvent.
非水溶媒は、環状カーボネート類及び鎖状カーボネート類からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。この場合、非水溶媒中に占める、環状カーボネート類及び鎖状カーボネート類の合計の割合は、非水溶媒の全量に対して、好ましくは50質量%~100質量%、より好ましくは60質量%~100質量%、更に好ましくは80質量%~100質量%である。 The non-aqueous solvent preferably contains at least one selected from the group consisting of cyclic carbonates and chain carbonates. In this case, the total proportion of the cyclic carbonates and chain carbonates in the non-aqueous solvent is preferably 50% by mass to 100% by mass, more preferably 60% by mass to 100% by mass, and even more preferably 80% by mass to 100% by mass, based on the total amount of the non-aqueous solvent.
非水溶媒の含有量は、非水電解液の全量に対して、好ましくは60質量%~99質量%、好ましくは70質量%~97質量%、更に好ましくは90質量%~97質量%である。
The content of the nonaqueous solvent is preferably 60% by mass to 99% by mass, more preferably 70% by mass to 97% by mass, and further preferably 90% by mass to 97% by mass, based on the total amount of the nonaqueous electrolyte.
非水溶媒の固有粘度は、電解質の解離性及びイオンの移動度をより向上させる観点から、25℃において、好ましくは10.0mPa・s以下である。 The intrinsic viscosity of the nonaqueous solvent is preferably 10.0 mPa·s or less at 25°C in order to further improve the dissociation property of the electrolyte and the mobility of the ions.
(4.3.3)電解液添加剤
非水溶媒は、電解液添加剤を含有してもよい。これにより、リチウムイオン二次電池の充放電サイクルにおいて、本来の電池反応ではない副反応は進行しにくくすることができる。電池反応は、正極及び負極にリチウムイオンが出入り(インターカレート)する反応を示す。副反応は、負極による非水電解液の還元分解反応、正極による非水電解液の酸化分解反応、正極活物質中の金属元素の溶出等を含む。
電解液添加剤としては、特に制限はなく、公知のものを任意に用いることができ、例えば、特開2019-153443号公報に記載の添加剤を用いることができる。
(4.3.3) Electrolyte Additive The non-aqueous solvent may contain an electrolyte additive. This makes it possible to make it difficult for side reactions that are not the original battery reaction to proceed during the charge/discharge cycle of the lithium ion secondary battery. The battery reaction refers to a reaction in which lithium ions enter and leave (intercalate) the positive electrode and the negative electrode. The side reactions include a reductive decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte by the negative electrode, an oxidative decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte by the positive electrode, and the elution of metal elements in the positive electrode active material.
The electrolyte additive is not particularly limited, and any known additive can be used. For example, the additives described in JP-A-2019-153443 can be used.
(4.4)ケース
リチウムイオン二次電池は、一般的に、ケースを備える。ケースは、正極、負極、セパレータ、及び非水電解液を収容している。
(4.4) Case A lithium ion secondary battery generally includes a case that houses a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte.
ケースの形状などは、特に限定はなく、リチウムイオン二次電池の用途などに応じて、適宜選択される。ケースとしては、ラミネートフィルムを含むケース、電池缶と電池缶蓋とからなるケースなどが挙げられる。 There are no particular limitations on the shape of the case, and it is selected appropriately depending on the application of the lithium-ion secondary battery. Examples of the case include a case including a laminate film and a case consisting of a battery can and a battery can lid.
(5)リチウムイオン二次電池の一例
図1を参照して、本開示の実施形態に係るリチウムイオン二次電池の一例について具体的に説明する。図1は、本開示の実施形態に係るリチウムイオン二次電池1の断面図である。
(5) An Example of a Lithium-Ion Secondary Battery An example of a lithium-ion secondary battery according to an embodiment of the present disclosure will be specifically described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a cross-sectional view of a lithium-ion secondary battery 1 according to an embodiment of the present disclosure.
リチウムイオン二次電池1は、積層型である。図1に示すように、リチウムイオン二次電池1は、電池素子10と、正極リード21と、負極リード22と、ケース30とを備える。電池素子10は、ケース30の内部に封入されている。ケース30は、ラミネートフィルムで形成されている。電池素子10には、正極リード21及び負極リード22の各々が取り付けられている。正極リード21及び負極リード22の各々は、ケース30の内部から外部に向かって、反対方向に導出されている。 The lithium ion secondary battery 1 is a laminated type. As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 1 includes a battery element 10, a positive electrode lead 21, a negative electrode lead 22, and a case 30. The battery element 10 is sealed inside the case 30. The case 30 is formed of a laminate film. The positive electrode lead 21 and the negative electrode lead 22 are each attached to the battery element 10. The positive electrode lead 21 and the negative electrode lead 22 are each led out in opposite directions from the inside to the outside of the case 30.
電池素子10は、図1に示すように、正極11と、セパレータ13と、負極12と、が積層されてなる。正極11は、正極集電体11Aの両方の主面上に正極合材層11Bが形成されてなる。負極12は、負極集電体12Aの両方の主面上に負極合材層12Bが形成されてなる。正極11の正極集電体11Aの片方の主面上に形成された正極合材層11Bと、正極11に隣接する負極12の負極集電体12Aの片方の主面上に形成された負極合材層12Bとは、セパレータ13を介して対向している。 As shown in FIG. 1, the battery element 10 is formed by stacking a positive electrode 11, a separator 13, and a negative electrode 12. The positive electrode 11 is formed by forming a positive electrode composite layer 11B on both main surfaces of a positive electrode collector 11A. The negative electrode 12 is formed by forming a negative electrode composite layer 12B on both main surfaces of a negative electrode collector 12A. The positive electrode composite layer 11B formed on one main surface of the positive electrode collector 11A of the positive electrode 11 and the negative electrode composite layer 12B formed on one main surface of the negative electrode collector 12A of the negative electrode 12 adjacent to the positive electrode 11 face each other via the separator 13.
リチウムイオン二次電池1のケース30の内部には、非水電解液が注入されている。非水電解液は、正極合材層11B、セパレータ13、及び負極合材層12Bに浸透している。リチウムイオン二次電池1では、隣接する正極合材層11B、セパレータ13及び負極合材層12Bによって、1つの単電池層14が形成されている。なお、正極11は、正極集電体11Aの片方の主面上に正極合材層11Bが形成されてなり、負極12は、負極集電体12Aの片方の主面上に負極合材層12Bが形成されてなってもよい。 A non-aqueous electrolyte is injected into the case 30 of the lithium ion secondary battery 1. The non-aqueous electrolyte permeates the positive electrode composite layer 11B, the separator 13, and the negative electrode composite layer 12B. In the lithium ion secondary battery 1, one single cell layer 14 is formed by the adjacent positive electrode composite layer 11B, the separator 13, and the negative electrode composite layer 12B. The positive electrode 11 may be formed by forming the positive electrode composite layer 11B on one main surface of the positive electrode collector 11A, and the negative electrode 12 may be formed by forming the negative electrode composite layer 12B on one main surface of the negative electrode collector 12A.
なお、本実施形態では、リチウムイオン二次電池1は、積層型であるが、本開示はこれに限定されず、リチウムイオン二次電池1は、例えば、捲回型であってもよい。捲回型は、正極、セパレータ、負極、及びセパレータをこの順の配置で重ねて層状に巻いてなる。捲回型は、円筒型、又は角形を含む。 In this embodiment, the lithium ion secondary battery 1 is a stacked type, but the present disclosure is not limited to this, and the lithium ion secondary battery 1 may be, for example, a wound type. The wound type is formed by stacking a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator in this order and winding them into layers. The wound type includes a cylindrical type and a rectangular type.
本実施形態では、図1に示すように、正極リード21及び負極リード22の各々がケース30の内部から外部に向けて突出する方向は、ケース30に対して反対方向であるが、本開示はこれに限定されない。例えば、正極リード及び負極リードの各々がケース30の内部から外部に向けて突出する方法は、ケース30に対して同一方向であってもよい。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, the directions in which the positive electrode lead 21 and the negative electrode lead 22 each protrude from the inside of the case 30 to the outside are opposite directions relative to the case 30, but the present disclosure is not limited thereto. For example, the directions in which the positive electrode lead and the negative electrode lead each protrude from the inside of the case 30 to the outside may be the same direction relative to the case 30.
以下、実施例により本開示をさらに詳細に説明するが、本開示の発明がこれら実施例のみに限定されるものではない。 The present disclosure will be explained in more detail below with reference to examples, but the invention of the present disclosure is not limited to these examples.
[1]組成物の作製
[1.1]準備
実施例及び比較例に用いた製品は以下のとおりである。各製品の物性は、カタログ値である。
<熱膨張性マイクロカプセル(X)>
・「FN-100SSD」:松本油脂製薬株式会社製の「FN-100SSD」(熱膨張性マイクロカプセル、内包:液状の低沸点炭化水素)
<ポリマー粒子(B)>
・W4005:三井化学株式会社製の「ケミパール(登録商標) W405」(低分子量ポリエチレンの水分散体、固形分濃度:40質量%、平均粒子径(マイクロトラック法):0.6μm、軟化点(環球法):110℃)
・W900:三井化学株式会社製の「ケミパール(登録商標) W900」(低分子量ポリエチレンの水分散体、固形分濃度:40質量%、平均粒子径(マイクロトラック法):0.6μm、軟化点(環球法):132℃)
・W950:三井化学株式会社製の「ケミパール(登録商標) W405」(低分子量ポリエチレンの水分散体、固形分濃度:40質量%、平均粒子径(マイクロトラック法):0.6μm、軟化点(環球法):113℃)
<バインダ(C)>
・SBR:スチレンブタジエンゴム粒子の分散体(溶媒:乳化溶媒、固形分:40質量%)
・CMC:ダイセルミライズ株式会社製の「2200」(カルボキシメチルセルロールナトリウム、固形分濃度:100質量%)
<負極活物質(D)>
・天然黒鉛:天然黒鉛(市販品)
<導電助剤(E)>
・Super-P:TIMCAL社製の「Super-P」(主成分:導電性カーボンブラック、固形分濃度:100質量%、BET比表面積:62m2/g)
[1] Preparation of Composition [1.1] Preparation The products used in the Examples and Comparative Examples are as follows. The physical properties of each product are the catalog values.
<Thermal Expandable Microcapsules (X)>
- "FN-100SSD": Matsumoto Yushi Pharmaceutical Co., Ltd.'s "FN-100SSD" (thermally expandable microcapsules, encapsulated: liquid low-boiling point hydrocarbons)
<Polymer particles (B)>
W4005: "CHEMIPEARL (registered trademark) W405" manufactured by Mitsui Chemicals, Inc. (water dispersion of low molecular weight polyethylene, solid content concentration: 40 mass%, average particle size (Microtrack method): 0.6 μm, softening point (ring and ball method): 110° C.)
W900: "CHEMIPEARL (registered trademark) W900" manufactured by Mitsui Chemicals, Inc. (water dispersion of low molecular weight polyethylene, solid content concentration: 40 mass%, average particle size (Microtrack method): 0.6 μm, softening point (ring and ball method): 132° C.)
W950: "CHEMIPEARL (registered trademark) W405" manufactured by Mitsui Chemicals, Inc. (water dispersion of low molecular weight polyethylene, solid content concentration: 40 mass%, average particle size (Microtrack method): 0.6 μm, softening point (ring and ball method): 113° C.)
<Binder (C)>
SBR: Dispersion of styrene butadiene rubber particles (solvent: emulsifying solvent, solid content: 40% by mass)
CMC: "2200" manufactured by Daicel Miraize Co., Ltd. (sodium carboxymethylcellulose, solid content: 100% by mass)
<Negative Electrode Active Material (D)>
・Natural graphite: Natural graphite (commercially available)
<Conductive assistant (E)>
Super-P: "Super-P" manufactured by TIMCAL (main component: conductive carbon black, solid content concentration: 100% by mass, BET specific surface area: 62 m 2 /g)
[1.2]熱膨張性マイクロカプセル(A)の製造
熱膨張性マイクロカプセル(A)としての熱膨張性マイクロカプセル(A1)(以下、「MC(A1)」ともいう。)を下記のようにして製造した。
イオン交換水 600gに、塩化ナトリウム 150g、シリカ有効成分20質量%であるコロイダルシリカ分散液 70g、及びエチレンジアミン四酢酸・4Na塩 0.5gを加えた後、得られた混合物のpHを2.8~3.2に調整し、水性分散媒を調製した。
これとは別に、アクリロニトリル 200g、メタクリロニトリル 70g、メタクリル酸メチル 5g、エチレングリコールジメタクリレート 1.2g、ハイドロフルオロエーテル(CH3OCF2CF2CF3) 150g、及びアゾビスイソブチロニトリル 2.0gを混合して油性混合物を調製した。
水性分散媒と油性混合物を混合し、得られた混合液をホモミキサー(特殊機化工業社製、TKホモミキサー)により分散して、懸濁液を調製した。この懸濁液を容量1.5リットルの加圧反応器に移して窒素置換をしてから反応初期圧0.5MPaにし、80rpmで攪拌しつつ重合温度60℃で20時間重合した。重合後に得られた重合液を濾過、乾燥して、MC(A1)を得た。日機装株式会社製のマイクロトラック粒度分布計(型式9320-HRA)を使用し測定した平均粒子径(体積基準測定によるD50値)は、9μmであった。
[1.2] Production of Thermally Expandable Microcapsules (A) Thermally expandable microcapsules (A1) (hereinafter also referred to as "MC(A1)") as thermally expandable microcapsules (A) were produced as follows.
To 600 g of ion-exchanged water, 150 g of sodium chloride, 70 g of a colloidal silica dispersion containing 20% by mass of active silica ingredient, and 0.5 g of ethylenediaminetetraacetic acid tetrasodium salt were added, and the pH of the resulting mixture was adjusted to 2.8 to 3.2 to prepare an aqueous dispersion medium.
Separately, 200 g of acrylonitrile, 70 g of methacrylonitrile, 5 g of methyl methacrylate, 1.2 g of ethylene glycol dimethacrylate, 150 g of hydrofluoroether (CH 3 OCF 2 CF 2 CF 3 ), and 2.0 g of azobisisobutyronitrile were mixed together to prepare an oily mixture.
The aqueous dispersion medium and the oil mixture were mixed, and the resulting mixture was dispersed using a homomixer (TK homomixer, manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.) to prepare a suspension. The suspension was transferred to a 1.5-liter pressurized reactor and substituted with nitrogen, and then the initial reaction pressure was set to 0.5 MPa, and polymerization was performed for 20 hours at a polymerization temperature of 60° C. while stirring at 80 rpm. The polymerization liquid obtained after polymerization was filtered and dried to obtain MC (A1). The average particle size (D50 value by volume-based measurement) measured using a Microtrack particle size distribution meter (model 9320-HRA) manufactured by Nikkiso Co., Ltd. was 9 μm.
[1.2.1]熱膨張性マイクロカプセル(A1)の膨張開始温度(Ts)
測定装置として、DMA(DMA Q800型 TA instruments社製)を使用した。MC(A1)を0.5mgを直径6.0mm(内径5.65mm)、深さ4.8mmのアルミカップに入れ、微小球層の上部にアルミ蓋(直径5.6mm、厚み0.1mm)をのせて試料を準備した。その試料に上から加圧子により0.01Nの力を加えた状態でサンプル高さを測定した。加圧子により0.01Nの力を加えた状態で20℃から300℃まで10℃/minの昇温速度で加熱し、加圧子の垂直方向における変位量を測定した。正方向への変位開始温度をMC(A1)の膨張開始温度(Ts)とし、最大変位量を示した温度を最大体積膨張温度(Tm)とした。MC(A1)の膨張開始温度(Ts)は122℃、最大体積膨張温度は(Tm)は155℃であった。
[1.2.1] Expansion initiation temperature (Ts) of thermally expandable microcapsules (A1)
A DMA (DMA Q800 type, manufactured by TA instruments) was used as a measuring device. 0.5 mg of MC (A1) was placed in an aluminum cup with a diameter of 6.0 mm (inner diameter 5.65 mm) and a depth of 4.8 mm, and an aluminum lid (diameter 5.6 mm, thickness 0.1 mm) was placed on the top of the microsphere layer to prepare a sample. The sample height was measured with a force of 0.01 N applied from above by a pressurizer. The sample was heated from 20°C to 300°C at a heating rate of 10°C/min with a force of 0.01 N applied by the pressurizer, and the displacement of the pressurizer in the vertical direction was measured. The temperature at which the displacement in the positive direction started was taken as the expansion start temperature (Ts) of MC (A1), and the temperature at which the maximum displacement was shown was taken as the maximum volume expansion temperature (Tm). The expansion start temperature (Ts) of MC (A1) was 122°C, and the maximum volume expansion temperature (Tm) was 155°C.
[1.3]実施例1
[1.3.1]二次電池負極用組成物の調製
組成物の調製には、5Lのプラネタリーディスパを用いた。
「CMC」(C)の含有量が「CMC水溶液」(C)の全量に対して1.0質量%となるように、「CMC」(C)を純水に溶解して、「CMC水溶液」(C)を得た。
「熱膨張性マイクロカプセル」(A1) 50質量部と、「ポリマー粒子(B)」水分散溶媒(固形分率40質量%) 125質量部とを300ml容器に入れ、プラネタリーディスパを用いて30分間混合した。これにより、二次電池負極用組成物(A1,B)を調製した。
二次電池負極用組成物(A1,B) 35質量部と、「CMC水溶液」(C) 400質量部とを5分間混合し、二次電池負極用組成物(A1,B,C)を得た。
得られた二次電池用負極用組成物(A1,B,C)に「負極活物質(天然黒鉛)」(D) 960質量部と、「Super-P」(E) 10質量部とを加え、30分間混合した後、更に、「CMC水溶液」(C) 133質量部を加えて30分間混練した。
その後、「SBR」(C) 20質量部を加えて 真空脱泡30分間を行った。
こうして、固形分濃度45%の組成物(負極合材スラリー)を調製した。
[1.3] Example 1
[1.3.1] Preparation of composition for secondary battery negative electrode A 5 L planetary dispenser was used to prepare the composition.
"CMC" (C) was dissolved in pure water so that the content of "CMC" (C) was 1.0 mass% relative to the total amount of "CMC aqueous solution" (C), to obtain "CMC aqueous solution" (C).
50 parts by mass of "thermally expandable microcapsules" (A1) and 125 parts by mass of "polymer particles (B)" aqueous dispersion solvent (solid content 40% by mass) were placed in a 300 ml container and mixed for 30 minutes using a planetary dispersion mixer. This prepared a secondary battery negative electrode composition (A1, B).
35 parts by mass of the secondary battery negative electrode composition (A1, B) and 400 parts by mass of the "CMC aqueous solution" (C) were mixed for 5 minutes to obtain secondary battery negative electrode compositions (A1, B, C).
To the obtained secondary battery negative electrode compositions (A1, B, C), 960 parts by mass of “negative electrode active material (natural graphite)” (D) and 10 parts by mass of “Super-P” (E) were added and mixed for 30 minutes, and then 133 parts by mass of “aqueous CMC solution” (C) was added and kneaded for 30 minutes.
Thereafter, 20 parts by mass of "SBR" (C) was added, and the mixture was degassed in vacuum for 30 minutes.
In this manner, a composition (negative electrode mixture slurry) with a solid content concentration of 45% was prepared.
[1.4]実施例2~実施例8、比較例1~比較例3
熱膨張性マイクロカプセル(A)、ポリマー粒子(B)、バインダ(C)、活物質(D)、及び導電助剤(E)の各々の種類及び添加量を表1に示すように変更したことの他は、実施例1と同様にして、固形分濃度45%の組成物(負極合材スラリー)を調製した。
[1.4] Examples 2 to 8, Comparative Examples 1 to 3
A composition (negative electrode mixture slurry) having a solid content concentration of 45% was prepared in the same manner as in Example 1, except that the types and amounts of the thermally expandable microcapsules (A), polymer particles (B), binder (C), active material (D), and conductive assistant (E) were changed as shown in Table 1.
[2]負極の作製
実施例1~実施例8、比較例1~比較例3の組成物(負極合材スラリー)を用いて、下記に示すようにして、負極を作製した。
[2] Preparation of Negative Electrodes Negative electrodes were prepared using the compositions (negative electrode mixture slurries) of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 as described below.
[2.1]塗工・乾燥
負極合材スラリー塗工には、ダイコーターを用いた。
負極集電体として、銅箔(厚み:10μm)を準備した。
負極合材層(乾燥後の塗布膜)の質量が11.0mg/cm2になるように、負極合材スラリーを負極集電体の一方の主面に塗布して乾燥した。次いで、負極集電体の他方の主面(未塗工面)に、同様にして、負極合材層(乾燥後の塗布膜)の質量が11.0mg/cm2になるように、負極合材スラリーを塗布し乾燥した。
こうして得た両面塗工した負極ロール(塗工量は両面合計で22.0mg/cm2)を、真空乾燥オーブンで120℃、12時間乾燥した。
[2.1] Coating and Drying A die coater was used to coat the negative electrode mixture slurry.
As a negative electrode current collector, a copper foil (thickness: 10 μm) was prepared.
The negative electrode composite slurry was applied to one main surface of the negative electrode current collector and dried so that the mass of the negative electrode composite layer (coating film after drying) was 11.0 mg/cm 2. Next, the negative electrode composite slurry was similarly applied to the other main surface (uncoated surface) of the negative electrode current collector and dried so that the mass of the negative electrode composite layer (coating film after drying) was 11.0 mg/cm 2 .
The negative electrode roll thus obtained, coated on both sides (total coating amount on both sides: 22.0 mg/cm 2 ), was dried in a vacuum drying oven at 120° C. for 12 hours.
[2.2]プレス
負極ロールのプレスには、小型プレス機を用いた。上下ロールのギャップ(隙間)を調整し、負極ロールをプレス密度が1.5±0.05g/cm3になるように、小型プレス機にてプレスした。
[2.2] Pressing The negative electrode roll was pressed using a small press machine. The gap between the upper and lower rolls was adjusted, and the negative electrode roll was pressed with the small press machine so that the press density was 1.5±0.05 g/ cm3 .
[2.3]スリット
負極合材層の面積(表面:58mm×372mm、裏面:58mm×431mm)と、タブ溶接余白のための面積とが得られるように、負極ロールをスリットし、負極を得た。
[2.3] Slitting The negative electrode roll was slit so as to obtain an area for the negative electrode composite layer (front surface: 58 mm × 372 mm, back surface: 58 mm × 431 mm) and an area for a tab welding margin, to obtain a negative electrode.
[3]リチウムイオン二次電池の作製
実施例1~実施例8、比較例1~比較例3の組成物(負極合材スラリー)を用いた負極を用いて、下記に示すようにして、リチウムイオン二次電池を作製した。
[3] Preparation of Lithium Ion Secondary Battery Using the negative electrodes made of the compositions (negative electrode composite slurries) of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3, lithium ion secondary batteries were prepared as described below.
[3.1]正極作製
[3.1.1]正極合材スラリーの調製
正極合材スラリーの調製には、5Lのプラネタリーディスパを用いた。
正極活物質としての「NCM622」(ユミコア社製、組成式:LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2) 1520質量部と、導電助剤としての「Super-P」(TIMCAL社製、導電性カーボン) 30質量部と、導電助剤としての「KS-6」(TIMREX社製、鱗片状黒鉛) 30質量部とを10分間混合して、正極用混合物を得た。
正極用混合物に、「NMP」 50質量部を加え、20分間混合して、第1正極用混合液を得た。
第1正極用混合液に、「PVDF溶液」 350質量部を加えて、30分間混練した後、更に「PVDF溶液」 260質量部を加えて15分間混練し、更に「PVDF溶液」 220質量部加えて15分混練して、第2正極用混合液を得た。「PVDF溶液」は、「PVDF」の含有量が「PVDF溶液」の総量に対して8質量%となるように、「NMP」に「PVDF」を添加して調製されている。
粘度調整のために、第2正極用混合液に「NMP」 80質量部を加えて30分間混合した後、真空脱泡30分間を行った。
こうして固形分濃度65質量%の正極合材スラリーを調製した。
[3.1] Fabrication of Positive Electrode [3.1.1] Preparation of Positive Electrode Mixture Slurry A 5 L planetary dispenser was used to prepare the positive electrode mix slurry.
A mixture for a positive electrode was obtained by mixing 1,520 parts by mass of “NCM622” (manufactured by Umicore, composition formula: LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 ) as a positive electrode active material, 30 parts by mass of “Super-P” (manufactured by TIMCAL, conductive carbon) as a conductive additive, and 30 parts by mass of “KS-6” (manufactured by TIMREX, flake graphite) as a conductive additive for 10 minutes.
50 parts by mass of "NMP" was added to the mixture for the positive electrode, and the mixture was mixed for 20 minutes to obtain a first mixture for the positive electrode.
To the first positive electrode mixture, 350 parts by mass of the "PVDF solution" was added and kneaded for 30 minutes, then 260 parts by mass of the "PVDF solution" was added and kneaded for 15 minutes, and then 220 parts by mass of the "PVDF solution" was added and kneaded for 15 minutes to obtain a second positive electrode mixture. The "PVDF solution" was prepared by adding "PVDF" to "NMP" so that the content of "PVDF" was 8 mass% with respect to the total amount of the "PVDF solution".
To adjust the viscosity, 80 parts by mass of "NMP" was added to the second positive electrode mixture, and the mixture was mixed for 30 minutes, and then vacuum degassing was performed for 30 minutes.
In this way, a positive electrode mixture slurry having a solid content concentration of 65 mass % was prepared.
[3.1.2]塗工・乾燥
正極合材スラリーの塗工には、ダイコーターを用いた。
正極集電体として、アルミニウム箔(厚み:20μm、幅:200mm)を準備した。
正極合材層(乾燥後の塗布膜)の質量が19.0mg/cm2になるように、正極合材スラリーを正極集電体の一方の主面上に塗布し乾燥した。次いで、正極合材層(乾燥後の塗布膜)の質量が19.0mg/cm2になるように、正極合材スラリーを正極集電体の他方の主面上に同様に塗布し乾燥した。
こうして得た両面塗工した正極ロール(塗工量は両面合計で38.0mg/cm2)を、真空乾燥オーブンで130℃、12時間乾燥した。
[3.1.2] Coating and Drying A die coater was used to coat the positive electrode mixture slurry.
As a positive electrode current collector, an aluminum foil (thickness: 20 μm, width: 200 mm) was prepared.
The positive electrode composite slurry was applied to one main surface of the positive electrode current collector and dried so that the mass of the positive electrode composite layer (coating film after drying) was 19.0 mg/cm 2. Next, the positive electrode composite slurry was similarly applied to the other main surface of the positive electrode current collector and dried so that the mass of the positive electrode composite layer (coating film after drying) was 19.0 mg/cm 2 .
The positive electrode roll thus obtained, coated on both sides (total coating amount on both sides: 38.0 mg/cm 2 ), was dried in a vacuum drying oven at 130° C. for 12 hours.
[3.1.3]プレス
正極ロールのプレスには、35トンプレス機を用いた。上下ロールのギャップ(隙間)を調整し、上記正極をプレス密度が2.9±0.05g/cm3になるように、35トンプレス機にてプレスした。
[3.1.3] Pressing The positive electrode roll was pressed using a 35-ton press machine. The gap between the upper and lower rolls was adjusted, and the positive electrode was pressed with the 35-ton press machine so that the press density was 2.9±0.05 g/ cm3 .
[3.1.4]スリット
正極合材層の面積(表面:56mm×334mm、裏面:56mm×408mm)と、タブ溶接余白のための面積とが得られるように、正極ロールをスリットし、アルミニウム箔上にアンダーコート層が積層された正極を得た。
[3.1.4] Slitting The positive electrode roll was slit so as to obtain an area for the positive electrode composite layer (front surface: 56 mm × 334 mm, back surface: 56 mm × 408 mm) and an area for a tab welding margin, thereby obtaining a positive electrode in which an undercoat layer was laminated on the aluminum foil.
[3.2]捲回型電池(設計容量:1Ah)の作製
[3.2.1]捲回
セパレータには、空隙率45体積%、厚み25μmのポリエチレン製の多孔質膜(60.5mm×450mm)を用いた。
上記で得られた、負極と、セパレータと、正極と、セパレータとを重ねて捲回した後、プレス成型した。次いで、正極の余白部分にアルミニウム製タブを超音波接合機で接合し、負極の余白部分にニッケル製タブを超音波接合機で接合した。これをラミネートフィルムで挟み込み、3辺を加熱シールした。これにより、開口部を有するケース(以下、「第1ケース」という。)を得た。
[3.2] Preparation of a wound battery (design capacity: 1 Ah) [3.2.1] Winding For the separator, a polyethylene porous film (60.5 mm x 450 mm) with a porosity of 45 volume % and a thickness of 25 μm was used.
The negative electrode, separator, positive electrode, and separator obtained above were stacked and wound, and then press-molded. Next, an aluminum tab was bonded to the margin of the positive electrode using an ultrasonic bonding machine, and a nickel tab was bonded to the margin of the negative electrode using an ultrasonic bonding machine. This was sandwiched between laminate films, and three sides were heat-sealed. This resulted in a case with an opening (hereinafter referred to as the "first case").
[3.2.2]非水電解液の注液
エチレンカーボネート(EC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを、EC:EMC:DMC=3:3:4の体積比で混合して、混合溶媒を得た。当該混合溶媒に、LiPF6を1.0mol/Lの濃度となるように溶解させて非水電解質を調製した。
非水電解液の注液前に、上記第1ケースを真空乾燥機にて、70℃×12hの条件で減圧乾燥した。電解液4.7±0.1gを第1ケース内に注液した後、真空引きしながら第1ケースの開口部を加熱シールした。これにより、リチウムイオン二次電池前駆体を得た。
[3.2.2] Injection of non-aqueous electrolyte Ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed in a volume ratio of EC:EMC:DMC=3:3:4 to obtain a mixed solvent. LiPF6 was dissolved in the mixed solvent to a concentration of 1.0 mol/L to prepare a non-aqueous electrolyte.
Before the injection of the non-aqueous electrolyte, the first case was dried under reduced pressure at 70° C. for 12 hours in a vacuum dryer. After 4.7±0.1 g of the electrolyte was injected into the first case, the opening of the first case was heat-sealed while drawing a vacuum. Thus, a lithium ion secondary battery precursor was obtained.
[3.2.3]活性化処理
リチウムイオン二次電池前駆体を室温(25℃)で24時間保持した。次いで、リチウムイオン二次電池前駆体を0.05Cで4h定電流充電(0.05C-CC)した後12h休止した。その後、0.1Cで4.2Vまで定電流定電圧充電(0.1C-CCCV)し、30分間休止した後、2.8Vまで0.1Cで定電流放電(0.1C-CC)した。更に、充放電サイクル(0.1C-CCCVで4.2Vの充電と、0.1C-CCで2.8Vの放電)を5回繰り返した。その後、4.2V(SOC:100%)の満充電にした状態で、リチウムイオン二次電池前駆体を25℃、5日間保存した。
こうして捲回型電池(リチウムイオン二次電池)(設計容量:1Ah)を得た。
[3.2.3] Activation Treatment The lithium ion secondary battery precursor was kept at room temperature (25 ° C.) for 24 hours. Next, the lithium ion secondary battery precursor was charged at a constant current of 0.05 C (0.05 C-CC) for 4 hours, and then rested for 12 hours. Thereafter, it was charged at a constant current and constant voltage of 0.1 C to 4.2 V (0.1 C-CCCV), rested for 30 minutes, and then discharged at a constant current of 0.1 C to 2.8 V (0.1 C-CC). Furthermore, a charge-discharge cycle (charging to 4.2 V at 0.1 C-CCCV and discharging to 2.8 V at 0.1 C-CC) was repeated five times. After that, the lithium ion secondary battery precursor was stored at 25 ° C. for five days in a fully charged state of 4.2 V (SOC: 100%).
In this way, a wound type battery (lithium ion secondary battery) (design capacity: 1 Ah) was obtained.
[4]安全性能評価
捲回型電池を用いて、下記の釘刺し試験及び発熱測定測定試験を行った。
[4] Safety Performance Evaluation The following nail penetration test and heat generation measurement test were carried out using the wound type battery.
[4.1]釘刺し試験
捲回型電池(設計容量1Ah)を用いて釘刺し試験を行った。
直径6mmの釘を、プレス速度20mm/秒で捲回型電池の一方の主面の中央部に刺し込み、ケースの内部において正極と負極とを短絡させた。次いで、捲回型電池に発火が認められたか否かを目視で観察した。同一仕様で作製した捲回型電池を用いて、釘刺し試験を計5回行った。5回の釘刺し試験のうち、捲回型電池に、熱暴走による発煙及び発火の少なくとも一方が認められた回数(以下、「発煙・発火回数」という。)を表1に示す。
許容できる発煙・発火回数は、2回以下である。
なお、表1中、釘刺し試験の項目において、「3/5」とは、5回の釘刺し試験のうち、捲回型電池に熱暴走による発煙及び発火の少なくとも一方が認められた回数が3回であったことを示す。
[4.1] Nail Penetration Test A nail penetration test was carried out using a wound type battery (design capacity 1 Ah).
A nail with a diameter of 6 mm was inserted into the center of one of the main surfaces of the wound battery at a press speed of 20 mm/sec, and the positive and negative electrodes were short-circuited inside the case. Then, the wound battery was visually observed to see if it had ignited. The nail penetration test was performed five times in total using wound batteries manufactured with the same specifications. Table 1 shows the number of times that at least one of smoke generation and fire due to thermal runaway was observed in the wound battery during the five nail penetration tests (hereinafter referred to as the "number of smoke/fire occurrences").
The acceptable number of occurrences of smoke or fire is two or less.
In Table 1, in the item for the nail penetration test, "3/5" indicates that, out of five nail penetration tests, at least one of smoking and catching fire due to thermal runaway was observed in the wound battery three times.
[4.2]発熱速度測定試験
直径6mmの釘を、プレス速度0.5mm/秒で捲回型電池の一方の主面の中央部に差し込み、ケースの内部において正極と負極とを短絡させた。この際、捲回型電池のケースの表面に装着した熱電対によって、捲回型電池の表面温度を経時的に測定した。
捲回型電池の電圧が降下した時点から5秒を経過した時点までの捲回型電池の表面温度の上昇温度に基づき、下記式(A)により、発熱速度を算出した。発熱速度の許容可能な範囲は、90℃/秒以下である。
式(A):発熱速度(℃/秒)=捲回型電池の電圧が降下した時点から5秒経過した時点までに上昇した捲回型電池の表面温度(℃)/5(秒)
[4.2] Heat generation rate measurement test A nail with a diameter of 6 mm was inserted into the center of one of the main surfaces of the wound battery at a press speed of 0.5 mm/sec to short-circuit the positive and negative electrodes inside the case. At this time, the surface temperature of the wound battery was measured over time using a thermocouple attached to the surface of the wound battery case.
The heat generation rate was calculated by the following formula (A) based on the surface temperature rise of the wound battery from the time when the voltage of the wound battery dropped until 5 seconds had elapsed. The allowable range of the heat generation rate is 90° C./sec or less.
Formula (A): Heat generation rate (°C/sec) = Surface temperature of the wound battery increased from the time when the voltage of the wound battery dropped until 5 seconds have elapsed (°C)/5 (sec)
表1中、「Ts(℃)」とは、熱膨張性マイクロカプセル(A)の膨張開始温度を示す。 In Table 1, "Ts (°C)" indicates the expansion start temperature of the thermally expandable microcapsule (A).
比較例1~比較例3の組成物は、ポリマー粒子(B)を含むが、熱膨張性マイクロカプセル(A)を含まなかった。そのため、比較例1~比較例3のリチウムイオンの二次電池の釘刺し試験の発煙・発火回数は3回以上であり、許容できる発煙・発火回数を超えていた。この結果から、比較例1~比較例3の組成物は、安全性に優れるリチウムイオン二次電池とすることができないことがわかった。
更に、比較例1~比較例3のリチウムイオン二次電池の発煙・発火は、激しいことを確認した。これは、熱膨張性マイクロカプセル(X)から発生する炭化水素ガスが、燃焼を激化させたと推測される。
The compositions of Comparative Example 1 to Comparative Example 3 contained polymer particles (B) but did not contain thermally expandable microcapsules (A). Therefore, the number of times that the lithium ion secondary batteries of Comparative Example 1 to Comparative Example 3 emitted smoke and caught fire in the nail penetration test was 3 or more, which exceeded the allowable number of times that the lithium ion secondary batteries emitted smoke and caught fire. From this result, it was found that the compositions of Comparative Example 1 to Comparative Example 3 could not be used to produce lithium ion secondary batteries with excellent safety.
Furthermore, it was confirmed that the lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3 emitted severe smoke and caught fire. This is presumably because the hydrocarbon gas generated from the thermally expandable microcapsules (X) intensified the combustion.
実施例1~実施例8の組成物は、熱膨張性マイクロカプセル(A)と、ポリマー粒子(B)とを含む。そのため、実施例1~実施例8のリチウムイオンの二次電池の釘刺し試験の発煙・発火回数は2回以下であり、許容できる発煙・発火回数以下であった。この結果から、実施例1~実施例8の組成物は、安全性に優れるリチウムイオン二次電池とすることができることがわかった。
更に、実施例1~実施例8のリチウムイオン二次電池の発煙・発火は、比較例1~比較例3よりも激しくないことを確認した。これは、熱膨張性マイクロカプセル(A)から不燃性ガスが発生し、不燃性ガスの供給により酸素が希釈されるためと推測される。
The compositions of Examples 1 to 8 contain thermally expandable microcapsules (A) and polymer particles (B). Therefore, the number of smoke and fire occurrences in the nail penetration test of the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 8 was 2 or less, which was below the allowable number of smoke and fire occurrences. From this result, it was found that the compositions of Examples 1 to 8 can be used to make lithium ion secondary batteries with excellent safety.
Furthermore, it was confirmed that the smoke generation and fire of the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 8 were less severe than those of Comparative Examples 1 to 3. This is presumably because non-flammable gas was generated from the thermally expandable microcapsules (A) and oxygen was diluted by the supply of the non-flammable gas.
Claims (14)
軟化点が70℃~150℃のポリマー粒子(B)と
を含有する、二次電池負極用組成物。 A thermally expandable microcapsule (A) having an expansion start temperature of 100° C. or higher and containing a non-flammable gas generating material therein;
and (B) polymer particles having a softening point of 70°C to 150°C.
前記ポリマー粒子(B)の平均粒子径が、0.1μm~5μmである、請求項1に記載の二次電池負極用組成物。 The average particle size of the thermally expandable microcapsules (A) before thermal expansion is 0.3 μm to 20 μm,
2. The composition for secondary battery negative electrode according to claim 1, wherein the average particle size of the polymer particles (B) is 0.1 μm to 5 μm.
前記導電助剤(E)の含有量は、前記活物質(D)100質量部に対し、0.1質量部~10質量部である、請求項11に記載の二次電池用負極。 The composition for secondary battery negative electrode further contains a conductive assistant (E),
12. The negative electrode for secondary batteries according to claim 11, wherein the content of the conductive assistant (E) is 0.1 parts by mass to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the active material (D).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022173772A JP2024064853A (en) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | Composition for secondary battery negative electrode, negative electrode mixture layer, negative electrode for secondary battery, and lithium ion secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022173772A JP2024064853A (en) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | Composition for secondary battery negative electrode, negative electrode mixture layer, negative electrode for secondary battery, and lithium ion secondary battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024064853A true JP2024064853A (en) | 2024-05-14 |
Family
ID=91034533
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022173772A Pending JP2024064853A (en) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | Composition for secondary battery negative electrode, negative electrode mixture layer, negative electrode for secondary battery, and lithium ion secondary battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2024064853A (en) |
-
2022
- 2022-10-28 JP JP2022173772A patent/JP2024064853A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6884269B2 (en) | Negative electrode including microcapsules and lithium ion secondary battery equipped with this | |
JP6960526B2 (en) | Positive electrode and lithium ion secondary battery with undercoat layer containing microcapsules | |
WO2018128139A1 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery and material for use in same | |
JP2017504932A (en) | Electrical insulation layer and battery device | |
JP6989095B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
KR20070090852A (en) | Electrochemical device with high safety at high temperature | |
US8367255B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
KR20140147412A (en) | Case for electrochemical device containing volume expansibile material and electrochemical device comprising the same | |
CN109671909B (en) | Negative electrode and nonaqueous electrolyte secondary battery provided with same | |
JP2019129009A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
KR20080008138A (en) | Electrochemical device with excellent safety at high temperature | |
JP6801561B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
WO2022091823A1 (en) | Electrode for electrochemical elements, and electrochemical element | |
KR20100121586A (en) | Electrochemical device with excellent safety at high temperature | |
JP2024064853A (en) | Composition for secondary battery negative electrode, negative electrode mixture layer, negative electrode for secondary battery, and lithium ion secondary battery | |
WO2022092106A1 (en) | Binder composition for electrochemical elements, slurry composition for electrochemical element electrodes, electrode for electrochemical elements, and electrochemical element | |
KR20220148168A (en) | Composite particles for an electrochemical device, a method for manufacturing the same, and an electrode for an electrochemical device and an electrochemical device | |
JP2010244788A (en) | Nonaqueous secondary battery | |
WO2023113021A1 (en) | Composition, electrode, lithium-ion secondary battery, and method for manufacturing composition | |
JP2020021631A (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP2023167484A (en) | Composition, collector with under coat layer, electrode, and lithium ion secondary battery | |
JP2007220653A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
WO2023008266A1 (en) | Binder composition for electrochemical elements, slurry composition for electrochemical element electrodes, electrode for electrochemical elements, and electrochemical element | |
CN113745457A (en) | High-safety and high-capacity positive pole piece for lithium battery and preparation method and application thereof |