JP2024105144A - Liquid composition, storage container, resin insulating layer, electrode, electrode laminate, electrochemical device, method for manufacturing electrode, method for manufacturing electrode laminate, device for manufacturing electrode laminate, method for manufacturing electrochemical device, and device for manufacturing electrochemical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体組成物、収容容器、樹脂絶縁層、電極、電極積層体、電気化学素子、電極の製造方法、電極積層体の製造方法、電極積層体の製造装置、電気化学素子の製造方法、及び電気化学素子の製造装置に関する。 The present invention relates to a liquid composition, a storage container, a resin insulating layer, an electrode, an electrode laminate, an electrochemical element, a method for manufacturing an electrode, a method for manufacturing an electrode laminate, an apparatus for manufacturing an electrode laminate, a method for manufacturing an electrochemical element, and an apparatus for manufacturing an electrochemical element.
全固体二次電池は、従来のリチウムイオン二次電池に比べ、温度変化に強く、発火リスクが小さいといった安全面だけでなく、急速充電も可能といった性能面からの期待も大きく、電気自動車等へ搭載など、需要が拡大することが予想されている。また、各種ウェアラブル機器や医療用パッチに搭載する薄型電池に対するニーズが高まってきており、全固体二次電池に対する要求が多様化している。 Compared to conventional lithium-ion secondary batteries, all-solid-state secondary batteries are more resistant to temperature changes and have a lower risk of fire, making them safer. They also have high expectations for performance, such as being able to be charged quickly, and demand is expected to grow for their use in electric vehicles and other applications. In addition, there is a growing need for thin batteries to be installed in various wearable devices and medical patches, and the demand for all-solid-state secondary batteries is diversifying.
正極と負極と固体電解質層で構成される全固体電池では、全固体電池の性能向上のために高い密度を狙って、正極、固体電解質層、及び負極を含む積層体を非常に高い圧力でプレスする場合があるが、このプレスの際に、固体電解質においてクラックなどの破損が生じ、その結果、全固体電池の使用時に、正極と負極との間で短絡が発生してしまう懸念があった。 In all-solid-state batteries, which are composed of a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer, the laminate including the positive electrode, solid electrolyte layer, and negative electrode may be pressed under very high pressure to achieve high density and improve the performance of the all-solid-state battery. However, this pressing process can cause damage such as cracks in the solid electrolyte, which can result in a short circuit between the positive electrode and the negative electrode when the all-solid-state battery is in use.
このような全固体電池における固体電解質のクラックなどの破損を防止するために、これまでに、正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極であって、前記正極活物質層を有する面の前記正極活物質層の外周部の隣接する少なくとも2辺に、正極ガイドが配置されている、固体電池用正極が報告されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to prevent damage such as cracks in the solid electrolyte in such all-solid-state batteries, a positive electrode for a solid battery has been reported that includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material formed on the positive electrode current collector, in which positive electrode guides are disposed on at least two adjacent sides of the outer periphery of the positive electrode active material layer on the surface having the positive electrode active material layer (see, for example, Patent Document 1).
本発明は、硫化物固体電解質のイオン電導性の低下を抑制でき、反りの少ない樹脂絶縁層を形成することができる液体組成物を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a liquid composition that can suppress the decrease in ionic conductivity of a sulfide solid electrolyte and form a resin insulating layer with less warping.
前記課題を解決するための手段としての本発明の液体組成物は、下記一般式(1)で表される重合性化合物と、下記一般式(2)で表される非水系溶媒と、を含む液体組成物であって、前記一般式(2)のAが水酸基である場合の前記水酸基における水素原子と酸素原子のミリカン電荷の差が0.520以上であり、前記一般式(2)のAがアミノ基である場合の前記アミノ基における水素原子と窒素原子のミリカン電荷の差が0.470以上である。 The liquid composition of the present invention as a means for solving the above problems is a liquid composition containing a polymerizable compound represented by the following general formula (1) and a non-aqueous solvent represented by the following general formula (2), in which when A in the general formula (2) is a hydroxyl group, the difference in Millikan charge between the hydrogen atom and the oxygen atom in the hydroxyl group is 0.520 or more, and when A in the general formula (2) is an amino group, the difference in Millikan charge between the hydrogen atom and the nitrogen atom in the amino group is 0.470 or more.
本発明によれば、硫化物固体電解質のイオン電導性の低下を抑制でき、反りの少ない樹脂絶縁層を形成することができる液体組成物を提供することができる。 The present invention provides a liquid composition that can suppress the decrease in ionic conductivity of the sulfide solid electrolyte and form a resin insulating layer with less warping.
(液体組成物)
本発明の液体組成物は、下記一般式(1)で表される重合性化合物と、下記一般式(2)で表される非水系溶媒と、を含む液体組成物であって、更に必要に応じてその他の成分を含む。
前記一般式(2)のAが水酸基である場合の前記水酸基における水素原子と酸素原子のミリカン電荷の差が0.520以上であり、前記一般式(2)のAがアミノ基である場合の前記アミノ基における水素原子と窒素原子のミリカン電荷の差が0.470以上である。
(Liquid Composition)
The liquid composition of the present invention is a liquid composition containing a polymerizable compound represented by the following general formula (1) and a non-aqueous solvent represented by the following general formula (2), and further contains other components as necessary.
When A in the general formula (2) is a hydroxyl group, the difference in Millikan charge between the hydrogen atom and the oxygen atom in the hydroxyl group is 0.520 or more, and when A in the general formula (2) is an amino group, the difference in Millikan charge between the hydrogen atom and the nitrogen atom in the amino group is 0.470 or more.
本発明の液体組成物は、本発明者らが、以下の従来技術における問題点を見出したことに基づく発明である。
すなわち、従来の固体電池用正極を用いた全固体電池の製造方法では、全固体電池における正極と負極との短絡を防止するために、正極活物質層における固体電解質層と対向する面の外周部に正極ガイドを配置して、積層、及びプレスを実施しているが、全固体電池作製の際には非常に高い圧力がかかるため、正極ガイドのクラックや電極への圧力負荷がかかり、依然として電極、及び固体電解質層への圧力負荷によるダメージが生じるという問題がある。
なお、正極ガイドは、プレス時耐えられるようにある程度の粘弾性が必要であることから樹脂製が好ましく、生産性や活物質層の形状多様性を鑑み、コーターを用い、液体組成物を塗布することで、塗布膜を形成することが好ましいと考えられる。しかしながら、特許文献1(国際公開第2020-022111号公報)には、正極ガイドの材料として、絶縁性樹脂、無機酸化物等の絶縁性材料や積層シートがその一形態として開示されるが、樹脂絶縁層が、液体組成物から製造されることの開示はない。
The liquid composition of the present invention is an invention based on the fact that the present inventors have found the following problems in the prior art.
That is, in a conventional method for producing an all-solid-state battery using a positive electrode for a solid-state battery, in order to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode in the all-solid-state battery, a positive electrode guide is arranged on the outer periphery of the surface of the positive electrode active material layer that faces the solid electrolyte layer, and stacking and pressing are performed. However, since extremely high pressure is applied during the production of an all-solid-state battery, cracks in the positive electrode guide and pressure load are applied to the electrode, and there is still a problem that damage due to the pressure load occurs to the electrode and the solid electrolyte layer.
In addition, the positive electrode guide is preferably made of resin because it needs to have a certain degree of viscoelasticity so that it can withstand pressing, and in consideration of productivity and the diversity of shapes of the active material layer, it is considered preferable to form a coating film by applying a liquid composition using a coater. However, Patent Document 1 (International Publication No. 2020-022111) discloses insulating materials such as insulating resins and inorganic oxides as materials for the positive electrode guide, and laminated sheets as one form of such materials, but does not disclose that the resin insulating layer is produced from a liquid composition.
近年、微少量乃至精密パターン塗布に対応し、材料のロスを最小限に抑えることが可能であり、製版(マスク)なしでCADデータなどから精密なパターンの塗布が可能であることから、産業用コーターとしてインクジェット方式が注目されている。さらにインクジェット印刷は、膜厚の均一性が高く、高精度な着弾、塗り分け塗布が可能であり、異形塗布、微細配線、微小片などの配線描画が可能であることから、光硬化型液体組成物を用いて、樹脂製の活物質層ガイドを形成することが期待されている。 In recent years, the inkjet method has been attracting attention as an industrial coater because it can handle minute to precise pattern coating, minimize material loss, and can coat precise patterns from CAD data without plate making (masks). Furthermore, inkjet printing has high film thickness uniformity, high-precision landing and separate coating, and is capable of irregular coating, fine wiring, and wiring drawing of minute pieces, so it is expected that a resin active material layer guide will be formed using a photocurable liquid composition.
一般に、光硬化型液体組成物は、光開始剤とアクリル系多官能モノマーで構成される場合が多い。このような多官能モノマーを用いた光硬化の場合、多数のモノマーが重合して1つの分子となることで、ファンデルワールス距離から共有結合距離へのギャップから硬化収縮し、基板からの剥離や樹脂層のカールといった現象が発生する場合が多い。硬化収縮を抑制するために液体組成物にフィラーや添加液体を加えることが広く行われている(例えば、ネットワークポリマー,Vol. 36 No. 6(2015)など参照)。 In general, photocurable liquid compositions are often composed of a photoinitiator and an acrylic polyfunctional monomer. In the case of photocuring using such a polyfunctional monomer, many monomers are polymerized to become one molecule, which often leads to shrinkage during curing due to the gap from the van der Waals distance to the covalent bond distance, resulting in peeling from the substrate and curling of the resin layer. In order to suppress shrinkage during curing, it is common to add a filler or an additive liquid to the liquid composition (see, for example, Network Polymer, Vol. 36 No. 6 (2015)).
また、モノマーと溶媒からなる重合性液体組成物を用いたインクジェット印刷では、吐出特性に鑑み、比較的低粘度(一般的には、5mPa・s~20mPa・s程度)の液体組成物が使用される。正極ガイドを形成する場合、重合形成したガイドから活物質層へ溶媒が液漏れし、活物質層へ溶媒が浸透することや、溶媒漏れによるカールが発生することなどの悪影響が起こり得る。これらの悪影響を抑制する目的で、分子間相互作用の変化により重合前と比較して高粘度となる溶媒が好ましく使用され、具体的には、水素結合ネットワークを形成可能なアルコール系溶媒やアミン系溶媒が挙げられる。すなわち、重合前はモノマーにより水素結合ネットワークが崩され比較的低粘度であった液体組成物が、重合後に溶媒間の水素結合ネットワークにより高粘度化する現象を用いたものである。
一例として、アルコールとしてテトラヒドロリナロール(THL)、モノマーとしてライトアクリレート4EG-A(PEG200DA、共栄社化学株式会社製)の混合溶液における混合比を変え、TV25型粘度計(コーンプレート型粘度計、東機産業株式会社製)を用いて、回転速度100rpmの動的粘度を測定した結果を図18に示す。この結果、モノマーと溶媒の質量比1:1付近で粘度低下することが観察され、このことは、水素結合ネットワークが崩れたことを示唆する。
In addition, in inkjet printing using a polymerizable liquid composition consisting of a monomer and a solvent, a liquid composition with a relatively low viscosity (generally about 5 mPa·s to 20 mPa·s) is used in consideration of the ejection characteristics. When forming a positive electrode guide, adverse effects such as leakage of the solvent from the polymerized guide into the active material layer, penetration of the solvent into the active material layer, and curling due to solvent leakage may occur. In order to suppress these adverse effects, a solvent that becomes more viscous than before polymerization due to a change in intermolecular interaction is preferably used, and specifically, an alcohol-based solvent or an amine-based solvent that can form a hydrogen bond network may be mentioned. That is, this uses the phenomenon that a liquid composition that was relatively low in viscosity before polymerization because the hydrogen bond network was broken by the monomer becomes highly viscous after polymerization due to the hydrogen bond network between the solvents.
As an example, the mixing ratio of a mixed solution of tetrahydrolinalool (THL) as an alcohol and light acrylate 4EG-A (PEG200DA, manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.) as a monomer was changed, and the dynamic viscosity was measured at a rotation speed of 100 rpm using a TV25 type viscometer (cone-plate type viscometer, manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) and the results are shown in Figure 18. As a result, a decrease in viscosity was observed when the mass ratio of monomer to solvent was approximately 1:1, which suggests that the hydrogen bond network had collapsed.
一方で、全固体電池における固体電解質として、広く硫化物固体電解質が使用される。硫化物固体電解質は、水等のプロトンドナー性の化合物と反応性が高いことから(例えば、Solid State Ionics,182(1),3,116-119など参照)、一般的に、全固体電池製造において、アルコールやアミンといったプロトンドナー性溶媒は、使用が困難とされている。 On the other hand, sulfide solid electrolytes are widely used as solid electrolytes in all-solid-state batteries. Because sulfide solid electrolytes are highly reactive with proton-donor compounds such as water (see, for example, Solid State Ionics, 182(1), 3, 116-119), it is generally considered difficult to use proton-donor solvents such as alcohols and amines in the manufacture of all-solid-state batteries.
本発明者らは、前記目的を解決すべく、鋭意検討した結果、本発明の液体組成物が、硫化物固体電解質のイオン電導性の低下を抑制でき、反りの少ない樹脂絶縁層を形成することができることを見出し、本発明の完成に至った。 As a result of intensive research conducted by the inventors in order to achieve the above object, they discovered that the liquid composition of the present invention can suppress the decrease in the ionic conductivity of the sulfide solid electrolyte and can form a resin insulating layer with less warping, which led to the completion of the present invention.
<重合性化合物>
前記重合性化合物は、下記一般式(1)で表される重合性化合物であり、2~6つのアクリル基を有する多官能アクリレートである。
The polymerizable compound is a polymerizable compound represented by the following general formula (1), and is a polyfunctional acrylate having 2 to 6 acrylic groups.
前記R1は、酸素原子を有してよい炭素数2以上のn価の官能基であり、例えば、直鎖の炭化水素基、分岐の炭化水素基、環状の炭化水素基等の炭化水素基;ポリアルキレングリコール基、ヒドロキシピバレート基、トリメチロールプロパンの3つOH基からHを除いた基、-CH2CH2COO-基(アクリル酸エステル)、及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。炭化水素基は、飽和炭化水素基であってもよく、不飽和炭化水素基であってもよい。
これらの中でも、膜の柔軟性付与による擦過性の向上の点で、炭素数3以上の炭化水素基、ポリアルキレングリコール基を有する炭素数3以上の官能基が好ましく、炭素数3以上の直鎖の飽和炭化水素基、炭素数3以上の分岐の飽和炭化水素基、ベンゼン環、炭素数3以上のポリエチレングリコール基、ポリプロピレングルコール基、及びこれらの組み合わせがより好ましい。
The R1 is an n-valent functional group having 2 or more carbon atoms which may have an oxygen atom, and examples thereof include hydrocarbon groups such as linear hydrocarbon groups, branched hydrocarbon groups, and cyclic hydrocarbon groups, polyalkylene glycol groups, hydroxypivalate groups, groups in which H has been removed from the three OH groups of trimethylolpropane, -CH2CH2COO- groups (acrylic acid esters), and combinations thereof. The hydrocarbon group may be a saturated or unsaturated hydrocarbon group.
Among these, from the viewpoint of improving abrasion resistance by imparting flexibility to the film, preferred are hydrocarbon groups having 3 or more carbon atoms and functional groups having 3 or more carbon atoms and a polyalkylene glycol group, and more preferred are linear saturated hydrocarbon groups having 3 or more carbon atoms, branched saturated hydrocarbon groups having 3 or more carbon atoms, a benzene ring, a polyethylene glycol group having 3 or more carbon atoms, a polypropylene glycol group, and combinations thereof.
前記重合性化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、2官能アルキルアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールアクリル酸付加物、2官能ポリエチレングリコールアクリレート、2官能ポリプロピレングルコールアクリレート、2官能ポリテトラメチレングリコールアクリレート、2官能環状アクリレート、2官能アルコキシ化芳香族系アクリレート等の2官能アクリレート;3官能トリメチロールプロパンアクリレート、3官能アルコキシ化グリセリンアクリレート、3官能イソシアヌネートアクリレート等の3官能アクリレート;4官能ペンタエリストールアクリレート、4官能ジトリメチロールプロパンアクリレート、4官能ジグリセリンテトラアクリレート、6官能ジペンタエリストールヘキサアクリレート等の4~6官能アクリレート;などが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。
これらの中でも、硬化収縮の面から2官能アルキルアクリレート、2官能ポリエチレングリコールアクリレート、2官能アルコキシ化芳香族系アクリレートが好ましく、2官能ポリエチレングリコールアクリレート、2官能アクリル酸多量体エステルアクリレートがより好ましい。
The polymerizable compound is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples of the polymerizable compound include bifunctional acrylates such as bifunctional alkyl acrylates, hydroxypivalic acid neopentyl glycol acrylic acid adducts, bifunctional polyethylene glycol acrylates, bifunctional polypropylene glycol acrylates, bifunctional polytetramethylene glycol acrylates, bifunctional cyclic acrylates, and bifunctional alkoxylated aromatic acrylates; trifunctional acrylates such as trifunctional trimethylolpropane acrylates, trifunctional alkoxylated glycerin acrylates, and trifunctional isocyanate acrylates; and tetrafunctional to hexafunctional acrylates such as tetrafunctional pentaerythritol acrylate, tetrafunctional ditrimethylolpropane acrylate, tetrafunctional diglycerin tetraacrylate, and hexafunctional dipentaerythritol hexaacrylate.
These may be used alone or in combination of two or more kinds.
Among these, in terms of cure shrinkage, bifunctional alkyl acrylates, bifunctional polyethylene glycol acrylates, and bifunctional alkoxylated aromatic acrylates are preferred, and bifunctional polyethylene glycol acrylates and bifunctional acrylic acid polymer ester acrylates are more preferred.
2官能アルキルアクリレートとしては、例えば、NKエステルシリーズ A-HD-N、A-NON-N、A-DOD-N、A-NPG(以上、いずれも新中村化学工業株式会社製);ライトアクリレートシリーズ NP-A、MPD-A、1,6HX-A、1,9ND-A(以上、いずれも共栄社化学株式会社製);KAYARAD NPGDA(日本化薬株式会社製);1,4-ビス(アクリロイルオキシ)ブタン、1,6-ビス(アクリロイルオキシ)ヘキサン、ネオペンチルグリコールジアクリレート(以上、いずれも東京化成工業株式会社製)などが挙げられる。
ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールアクリル酸付加物としては、例えば、ライトアクリレートHPP-A(共栄社化学社製)、Miramerシリーズ M210(Miwow社製);KAYARAD FM-400(日本化薬株式会社製)などが挙げられる。
Examples of bifunctional alkyl acrylates include NK ester series A-HD-N, A-NON-N, A-DOD-N, and A-NPG (all manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.); light acrylate series NP-A, MPD-A, 1,6HX-A, and 1,9ND-A (all manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.); KAYARAD NPGDA (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.); 1,4-bis(acryloyloxy)butane, 1,6-bis(acryloyloxy)hexane, and neopentyl glycol diacrylate (all manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.).
Examples of hydroxypivalic acid neopentyl glycol acrylic acid adducts include Light Acrylate HPP-A (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), Miramer Series M210 (manufactured by Miwow Co., Ltd.), and KAYARAD FM-400 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.).
2官能ポリエチレングリコールアクリレートとしては、例えば、NKエステルシリーズ A-200、A-400、A-600、A-1000(以上、いずれも新中村化学工業株式会社製);ライトアクリレートシリーズ 3EG-A、4EG-A、9EG-A、14EG-A(以上、いずれも共栄社化学株式会社製);ブレンマーシリーズ ADE-200、ADE-300、ADE-400A(以上、いずれも日油株式会社製);Miramer M202(Miwow社製)などが挙げられる。
2官能ポリプロピレングルコールアクリレートとしては、例えば、NKエステルシリーズ APG-200、APG-400、APG-700(以上、いずれも新中村化学工業株式会社製);ビスコート#310HP(大阪有機化学工業株式会社製)、ブレンマーADP-400(日油株式会社製)、Miramerシリーズ M216、M220(以上、いずれもMiwow社製)などが挙げられる。
Examples of bifunctional polyethylene glycol acrylates include NK Ester series A-200, A-400, A-600, and A-1000 (all manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.); Light Acrylate series 3EG-A, 4EG-A, 9EG-A, and 14EG-A (all manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.); Blenmer series ADE-200, ADE-300, and ADE-400A (all manufactured by NOF Corporation); and Miramer M202 (manufactured by Miwow).
Examples of bifunctional polypropylene glycol acrylates include NK Ester Series APG-200, APG-400, and APG-700 (all manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.); Viscoat #310HP (manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.), Blenmer ADP-400 (manufactured by NOF Corporation), and Miramer Series M216 and M220 (all manufactured by Miwow Corporation).
2官能ポリテトラメチレングリコールアクリレートとしては、例えば、NKエステル A-PTMG65(新中村化学工業株式会社製)、ライトアクリレート PTMGA-250(共栄社化学株式会社製)、ブレンマーADT-250(日油株式会社製)などが挙げられる。
2官能環状アクリレートとしては、例えば、NKエステル A-DCP(新中村化学工業株式会社製)、ライトアクリレート DCP-A(共栄社化学株式会社製);KAYARADシリーズ R-604、R-684(以上、いずれも日本化薬株式会社製)などが挙げられる。
Examples of bifunctional polytetramethylene glycol acrylates include NK Ester A-PTMG65 (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), Light Acrylate PTMGA-250 (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), and Blenmar ADT-250 (manufactured by NOF Corporation).
Examples of bifunctional cyclic acrylates include NK Ester A-DCP (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), Light Acrylate DCP-A (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), and KAYARAD Series R-604 and R-684 (all manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.).
2官能アルコキシ化芳香族系アクリレートとしては、例えば、NKエステルシリーズ ABE-300、A-BPE-4、A-BPE-10、A-BPE-20(以上、いずれも新中村化学工業株式会社製);ライトアクリレートシリーズ BP-4EAL、BA-134、BP-10EA(以上、いずれも共栄社化学株式会社製);ビスコートシリーズ #540(大阪有機化学工業株式会社製)、KAYARADシリーズ R-551、R-712(以上、いずれも日本化薬株式会社製)などが挙げられる。 Examples of bifunctional alkoxylated aromatic acrylates include the NK Ester series ABE-300, A-BPE-4, A-BPE-10, and A-BPE-20 (all manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.); the Light Acrylate series BP-4EAL, BA-134, and BP-10EA (all manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.); the Viscoat series #540 (manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.), and the KAYARAD series R-551 and R-712 (all manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.).
3官能トリメチロールプロパンアクリレートとしては、例えば、NKエステルシリーズ A-TMPT、A-TMPT-3EO、A-TMPT-9EO、AT-20E(以上、いずれも新中村化学工業株式会社製);ライトアクリレートシリーズ TMP-3EO-A、TMP-6EO-3A(以上、いずれも共栄社化学株式会社製);ビスコート #295(大阪有機化学工業株式会社製)などが挙げられる。
3官能アルコキシ化グリセリンアクリレートとしては、例えば、NKエステルシリーズ A-GLY-3E、A-GLY-9E、A-GLY-20E(以上、いずれも新中村化学工業株式会社製)などが挙げられる。
3官能イソシアヌネートアクリレートとしては、例えば、NKエステルシリーズ A-9300、A-9200YN(以上、いずれも新中村化学工業株式会社製)などが挙げられる。
Examples of trifunctional trimethylolpropane acrylates include NK Ester Series A-TMPT, A-TMPT-3EO, A-TMPT-9EO, and AT-20E (all manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.); Light Acrylate Series TMP-3EO-A and TMP-6EO-3A (all manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.); and Viscoat #295 (manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Ltd.).
Examples of trifunctional alkoxylated glycerin acrylates include NK ester series A-GLY-3E, A-GLY-9E, and A-GLY-20E (all manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.).
Examples of trifunctional isocyanate acrylates include NK Ester Series A-9300 and A-9200YN (both manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.).
4官能ペンタエリストールアクリレートとしては、例えば、NKエステルシリーズ A-TMMT、ATM-35E(以上、いずれも新中村化学工業株式会社製);ライトアクリレートシリーズ PE-3A、PE-4A(以上、いずれも共栄社化学株式会社製)などが挙げられる。
4官能ジトリメチロールプロパンアクリレートとしては、例えば、NKエステルシリーズ AD-TMP、AD-TMP-4E(以上、いずれも新中村化学工業株式会社製)などが挙げられる。
4官能ジグリセリンテトラアクリレートとしては、例えば、ライトアクリレートDGE-4E(共栄社化学株式会社製)などが挙げられる。
6官能ジペンタエリストールヘキサアクリレートとしては、例えば、ライトアクリレートDPE-6A(共栄社化学株式会社製)などが挙げられる。
Examples of tetrafunctional pentaerythritol acrylates include NK Ester Series A-TMMT and ATM-35E (both manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.); Light Acrylate Series PE-3A and PE-4A (both manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.).
Examples of tetrafunctional ditrimethylolpropane acrylate include NK ester series AD-TMP and AD-TMP-4E (both manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.).
An example of the tetrafunctional diglycerin tetraacrylate is Light Acrylate DGE-4E (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.).
An example of the hexafunctional dipentaerythritol hexaacrylate is Light Acrylate DPE-6A (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.).
<非水系溶媒>
前記非水系溶媒は、下記一般式(2)で表される非水系溶媒であり、水含有量1質量%以下の有機溶媒を意味する。
これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記R2、R3及びR4は、それぞれ独立に、炭化水素基を示す。
硫化物固体電解質との反応抑制の観点から、R2、R3及びR4の合計の炭素数が4以上であり、換言すると、R2、R3及びR4の少なくとも1つの基が炭素数2以上の炭化水素基である。
<Non-aqueous solvent>
The non-aqueous solvent is a non-aqueous solvent represented by the following general formula (2), and refers to an organic solvent having a water content of 1 mass % or less.
These may be used alone or in combination of two or more.
The R 2 , R 3 and R 4 each independently represent a hydrocarbon group.
From the viewpoint of suppressing reaction with the sulfide solid electrolyte, the total number of carbon atoms of R 2 , R 3 and R 4 is 4 or more, in other words, at least one of the groups of R 2 , R 3 and R 4 is a hydrocarbon group having 2 or more carbon atoms.
前記炭化水素基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、直鎖のアルキル基、分岐のアルキル基、直鎖のアルケニル基、分岐のアルケニル基、直鎖のアルキニル基、分岐のアルキニル基等の非環式炭化水素基;シクロアルキル基、シクロアルケニル基等の環式炭化水素基;及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。
前記R2及びR3は、それぞれ独立に、非環式炭化水素基であることが硬化収縮抑制の点から好ましい。
The hydrocarbon group is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples of the hydrocarbon group include acyclic hydrocarbon groups such as a linear alkyl group, a branched alkyl group, a linear alkenyl group, a branched alkenyl group, a linear alkynyl group, and a branched alkynyl group; cyclic hydrocarbon groups such as a cycloalkyl group and a cycloalkenyl group; and combinations thereof.
It is preferable that R2 and R3 each independently represent a non-cyclic hydrocarbon group from the viewpoint of suppressing cure shrinkage.
<<3級アルコール系溶媒>>
前記一般式(2)においてAが水酸基である場合、前記非水系溶媒は、下記一般式(2a)で表される3級アルコール系溶媒である。
When A in the general formula (2) is a hydroxyl group, the non-aqueous solvent is a tertiary alcohol solvent represented by the following general formula (2a).
前記アルコールとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、tert-アミルアルコール(0.5206)、2,3-ジメチル-2-ヘキサノール(0.5247)、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール(0.5238)、2-メチル-1-フェニル-2-プロパノール(0.5222)、リナロール(0.5270)、α-テルピネオール(0.5251)、テトラヒドロリナロール(0.5251)、2-メチル-4-フェニル-2-ブタノール(0.5235)などが挙げられる。
なお()内の数値は、前記一般式(2a)の水酸基における水素原子と酸素原子のミリカン電荷の差を示す。
The alcohol is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, tert-amyl alcohol (0.5206), 2,3-dimethyl-2-hexanol (0.5247), 2,5-dimethyl-2,5-hexanediol (0.5238), 2-methyl-1-phenyl-2-propanol (0.5222), linalool (0.5270), α-terpineol (0.5251), tetrahydrolinalool (0.5251), 2-methyl-4-phenyl-2-butanol (0.5235), and the like.
The numerical value in parentheses indicates the difference in Millikan charge between the hydrogen atom and the oxygen atom in the hydroxyl group of the general formula (2a).
<<アミン系溶媒>>
前記一般式(2)においてAが-NR5Hで表されるアミノ基である場合、前記非水系溶媒は、下記一般式(2b)で表される1級又は2級アミンを有するアミン系溶媒であり、窒素に隣接する炭素原子に3つの炭化水素基を有する。
When A in the general formula (2) is an amino group represented by -NR 5 H, the non-aqueous solvent is an amine-based solvent having a primary or secondary amine represented by the following general formula (2b), which has three hydrocarbon groups on the carbon atom adjacent to the nitrogen.
前記1級又は2級アミンとしては、例えば、1,1,3,3-テトラメチルブチルアミン(0.5001)、tert-アミルアミン(0.4716)などが挙げられる。
なお()内の数値は、前記一般式(2b)のアミノ基における水素原子と窒素原子のミリカン電荷の差を示す。
Examples of the primary or secondary amine include 1,1,3,3-tetramethylbutylamine (0.5001) and tert-amylamine (0.4716).
The numerical value in parentheses indicates the difference in Millikan charge between the hydrogen atom and the nitrogen atom in the amino group of the general formula (2b).
[ミリカン電荷の差]
ミリカン電荷(Mulliken電荷)乃至ミリカン電荷量とは、ミリカン密度解析による原子の電荷量を意味する。
前記ミリカン電荷は、具体的には、量子化学、分子動力学、第一原理計算に対応した原子・分子スケール構造モデリング・可視化ソフトウェアであるWinmostar v11.1.2(株式会社クロスアビリティ製)を用いて、半経験的量子化学計算コードMOPAC7(ハミルトニアンはAM1)で計算して得られる原子上の電荷量を用いることができる。
前記ミリカン電荷の差とは、隣接する2つの原子について、各々のミリカン電荷量のスカラー差である。
前記一般式(2a)の水酸基における水素原子と酸素原子のミリカン電荷の差(ΔMulliken(O-H)とも称する)は、0.520以上であり、0.5206以上が好ましい。
前記一般式(2b)のアミノ基における水素原子と窒素原子のミリカン電荷の差(ΔMulliken(N-H)とも称する)は、0.470以上であり、0.500以上が好ましい。
前記一般式(2b)で表される非水系溶媒が1級アミンであり、窒素原子に隣接する水素原子が2つある場合には、2つの水素原子のミリカン電荷の平均値と窒素原子のミリカン電荷との差を、前記ミリカン電荷の差(ΔMulliken(N-H))とする。
なお、隣接する原子間のミリカン電荷の差は、イオン結合強度を意味すると考えられ、電荷差が大きいものは強結合強度が強く、小さいものは結合強度が弱いと推測できる。
[Millikan charge difference]
Mulliken charge or Millikan charge amount means the charge amount of an atom according to Millikan density analysis.
Specifically, the Millikan charge can be the amount of charge on an atom calculated using the semi-empirical quantum chemistry calculation code MOPAC7 (Hamiltonian is AM1) using Winmostar v11.1.2 (manufactured by CrossAbility Co., Ltd.), which is atomic/molecular scale structure modeling/visualization software compatible with quantum chemistry, molecular dynamics, and first-principles calculations.
The Millikan charge difference is a scalar difference between the amounts of Millikan charges of two adjacent atoms.
The difference in Millikan charge between the hydrogen atom and the oxygen atom in the hydroxyl group of the general formula (2a) (also referred to as ΔMulliken (OH)) is 0.520 or more, and preferably 0.5206 or more.
The difference in Millikan charge between the hydrogen atom and the nitrogen atom in the amino group of the general formula (2b) (also referred to as ΔMulliken (N—H)) is 0.470 or more, and preferably 0.500 or more.
When the non-aqueous solvent represented by the general formula (2b) is a primary amine and has two hydrogen atoms adjacent to the nitrogen atom, the difference between the average value of the Millikan charges of the two hydrogen atoms and the Millikan charge of the nitrogen atom is defined as the Millikan charge difference (ΔMulliken(N-H)).
The difference in Millikan charges between adjacent atoms is thought to represent the strength of the ionic bond, and it can be inferred that a larger charge difference indicates a strong bond strength, and a smaller charge difference indicates a weak bond strength.
前記非水系溶媒の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、得られる絶縁樹脂層の反り抑制の観点から、前記液体組成物が非水系溶媒を含み、前記液体組成物の総量に対し、反り抑制効果の点で、30質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましく、50質量%以上が更に好ましい。また、前記非水系溶媒の含有量は、膜厚制御の観点から、70質量%以下が好ましい。
前記非水系溶媒は、重合時に、溶媒-溶媒間、又は樹脂-溶媒間において、分子間距離の変動がないため、硬化収縮の緩衝材として働いているものと予想される。
The content of the non-aqueous solvent is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but from the viewpoint of suppressing warping of the obtained insulating resin layer, the liquid composition contains a non-aqueous solvent, and from the viewpoint of warping suppression effect, the content is preferably 30 mass % or more, more preferably 40 mass % or more, and even more preferably 50 mass % or more relative to the total amount of the liquid composition. Also, from the viewpoint of controlling the film thickness, the content of the non-aqueous solvent is preferably 70 mass % or less.
The non-aqueous solvent is expected to act as a buffer against cure shrinkage since there is no change in the intermolecular distance between the solvent and the resin or between the resin and the solvent during polymerization.
<その他の成分>
<<その他の溶媒>>
前記非水系溶媒以外の溶媒も混合して使用することができる。
前記非水系溶媒に対して混合して使用するその他の溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、硫化物固体電解質と反応性が低い、低極性の疎水性溶媒が好ましく、例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、アニソール、フェネトール等の芳香族炭化水素;ヘキサン、ヘプタン、ノナン、オクタン、デカン、メンタン、シクロヘキサン、シクロオクタン等の炭化水素系溶媒;酪酸エチル、吉草酸エチル、ヘキサン酸エチル、ヘプタン酸エチル、オクタン酸エチル、ノナン酸エチル、デカン酸エチル、ウンデカン酸エチル、ラウリン酸エチル、酪酸メチル、吉草酸メチル、ヘキサン酸メチル、ヘプタン酸メチル、オクタン酸メチル、ノナン酸メチル、デカン酸メチル、ウンデカン酸メチル、ラウリン酸メチル、イソ吉草酸エチル、酢酸イソアミル、イソ酪酸イソブチル、3-メトキシイソ酪酸メチル、イソ酪酸ブチル、イソ吉草酸イソブチル、2-メチル酪酸ブチル、イソ吉草酸ブチル、酢酸ヘプチル、イソ吉草酸イソアミル、酢酸2-エチルヘキシル、酪酸ヘキシル、安息香酸エチル、ヘキサン酸ヘキシル、n-オクタン酸アミル、酢酸へキシル等のエステル系溶媒;などが挙げられる。
前記非水系溶媒以外の溶媒の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、乾燥時間短縮の観点から、前記液体組成物の総量に対し、30質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましく、55質量%以下が更に好ましい。
<Other ingredients>
<<Other solvents>>
Solvents other than the non-aqueous solvents mentioned above can also be used in combination.
The other solvent to be mixed with the non-aqueous solvent is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. However, a low-polarity hydrophobic solvent that has low reactivity with the sulfide solid electrolyte is preferable. Examples of the other solvent include aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene, anisole, and phenetole; hydrocarbon solvents such as hexane, heptane, nonane, octane, decane, menthane, cyclohexane, and cyclooctane; ethyl butyrate, ethyl valerate, ethyl hexanoate, ethyl heptanoate, ethyl octanoate, ethyl nonanoate, ethyl decanoate, ethyl undecanoate, laurate, and the like. and the like. Ester-based solvents such as ethyl phosphate, methyl butyrate, methyl valerate, methyl hexanoate, methyl heptanoate, methyl octanoate, methyl nonanoate, methyl decanoate, methyl undecanoate, methyl laurate, ethyl isovalerate, isoamyl acetate, isobutyl isobutyrate, methyl 3-methoxyisobutyrate, butyl isobutyrate, isobutyl isovalerate, butyl 2-methylbutyrate, butyl isovalerate, heptyl acetate, isoamyl isovalerate, 2-ethylhexyl acetate, hexyl butyrate, ethyl benzoate, hexyl hexanoate, amyl n-octanoate, and hexyl acetate.
The content of the solvent other than the non-aqueous solvent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. From the viewpoint of shortening the drying time, the content of the solvent other than the non-aqueous solvent is preferably 30 mass % or less, more preferably 50 mass % or less, and even more preferably 55 mass % or less, relative to the total amount of the liquid composition.
<<重合開始剤>>
一般にアクリル基は、重合性が高く、高いラジカル重合性を有する。このため光重合開始剤や熱重合開始剤などの重合開始剤を用いることにより、素早く樹脂組成物を得ることができる。
例えば、電子線を用いることで開始剤なしでも樹脂組成物を得ることができるが、硬化速度や装置コストの関係で光重合開始剤を用いることが好ましい。
<<Polymerization initiator>>
In general, acrylic groups have high polymerizability and high radical polymerizability, so that a resin composition can be quickly obtained by using a polymerization initiator such as a photopolymerization initiator or a thermal polymerization initiator.
For example, a resin composition can be obtained without an initiator by using an electron beam, but it is preferable to use a photopolymerization initiator in terms of curing speed and equipment costs.
前記光重合開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルキルフェノン系重合開始剤、アシルフォスフィンオキサイド系重合開始剤、オキシムエステル系重合開始剤などが挙げられる。
前記アルキルフェノン系重合開始剤としては、例えば、Omniradシリーズ 651、184、1173、2959、127、907、369、369E、379EG(以上、いずれもIGM Resins B.V.製)などが挙げられる。
前記アシルフォスフィンオキサイド系重合開始剤としては、例えば、Omniradシリーズ TPO、819(以上、いずれもIGM Resins B.V.製)などが挙げられる。
前記オキシムエステル系重合開始剤としては、例えば、Irgacureシリーズ OXE01、OXE02、OXE03、OXE04(以上、いずれもBASFJapan社製)などが挙げられる。
The photopolymerization initiator is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples of the photopolymerization initiator include alkylphenone-based polymerization initiators, acylphosphine oxide-based polymerization initiators, and oxime ester-based polymerization initiators.
Examples of the alkylphenone polymerization initiator include Omnirad series 651, 184, 1173, 2959, 127, 907, 369, 369E, and 379EG (all manufactured by IGM Resins B.V.).
Examples of the acylphosphine oxide polymerization initiator include Omnirad series TPO and 819 (all manufactured by IGM Resins B.V.).
Examples of the oxime ester polymerization initiator include Irgacure series OXE01, OXE02, OXE03, and OXE04 (all manufactured by BASF Japan).
重合開始剤の含有量としては、十分な硬化速度が得られる点で、重合性化合物の総質量を100.0質量%とした場合に、0.05質量%以上10.0質量%以下が好ましく、0.5質量%以上5.0質量%以下がより好ましい。 The content of the polymerization initiator is preferably 0.05% by mass or more and 10.0% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more and 5.0% by mass or less, when the total mass of the polymerizable compounds is taken as 100.0% by mass, in order to obtain a sufficient curing speed.
[液体組成物の製造方法]
液体組成物の製造方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、重合開始剤を重合性化合物に溶解させる工程、非水系溶媒や他の溶媒などの他の成分を更に溶解させる工程、及び均一な溶液とするために撹拌する工程などを経て作製することが好ましい。
[Method of producing liquid composition]
The method for producing the liquid composition is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. However, it is preferable to produce the liquid composition through a process including a step of dissolving a polymerization initiator in a polymerizable compound, a step of further dissolving other components such as a non-aqueous solvent and other solvents, and a step of stirring to obtain a homogeneous solution.
<収容容器>
前記収容容器は、前記樹脂絶縁層を形成するための液体組成物と、容器とを含み、液体組成物が前記容器中に収容された収容容器である。
容器としては、例えば、ガラス瓶、プラスチック容器、プラスチックボトル、ステンレスボトル、一斗缶、ドラム缶などが挙げられる。
<Containment container>
The storage vessel includes a liquid composition for forming the resin insulating layer and a container, and the liquid composition is stored in the container.
Examples of containers include glass bottles, plastic containers, plastic bottles, stainless steel bottles, one-gallon cans, drums, and the like.
(樹脂絶縁層)
本発明の樹脂絶縁層は、上記した本発明の液体組成物を重合してなる樹脂絶縁層である。
前記樹脂絶縁層の体積抵抗値が、1012Ω・cm以上である。
導電性フィラー等を添加することによって導電パスを有してしまう場合、正極及び負極間で短絡する可能性があるため、導電パスを有さない樹脂絶縁層が好ましい。
(Resin insulation layer)
The resin insulating layer of the present invention is a resin insulating layer obtained by polymerizing the above-mentioned liquid composition of the present invention.
The resin insulating layer has a volume resistivity of 10 12 Ω·cm or more.
If a conductive path is formed by adding a conductive filler or the like, there is a possibility of a short circuit occurring between the positive electrode and the negative electrode. Therefore, a resin insulating layer that does not have a conductive path is preferred.
前記樹脂絶縁層は、多孔質樹脂であることが好ましく、樹脂を骨格とする共連続構造を有することがより好ましい。
前記樹脂絶縁層の体積固有抵抗率としては、1×1012(Ω・cm)以上が好ましい。
ここで、「共連続構造」とは、2種以上の物質乃至相が、それぞれ連続構造を有し、界面を形成しない構造を意味し、本実施形態においては、樹脂相と空孔相とが共に三次元分岐網目連続相となっている構造を意味する。このような構造は、例えば、前記液体組成物を重合誘起相分離法によって重合することにより形成することができる。
The resin insulating layer is preferably a porous resin, and more preferably has a bicontinuous structure with the resin as the skeleton.
The specific volume resistivity of the resin insulating layer is preferably 1×10 12 (Ω·cm) or more.
Here, the term "co-continuous structure" refers to a structure in which two or more substances or phases each have a continuous structure and do not form an interface, and in this embodiment, refers to a structure in which both the resin phase and the pore phase are three-dimensional branched network continuous phases. Such a structure can be formed, for example, by polymerizing the liquid composition by a polymerization induced phase separation method.
[重合誘起相分離]
多孔質樹脂、又は樹脂を骨格とする共連続構造を有する多孔質樹脂は、重合誘起相分離により好適に形成される。重合誘起相分離は、重合性化合物と溶媒が相溶するが、重合性化合物が重合していく過程で生じる重合物(樹脂)と溶媒は相溶しない(相分離を生じる)状態を表す。相分離により多孔質樹脂を得る方法は他にも存在するが、重合誘起相分離の方法を用いることで、網目構造を有する多孔質樹脂を形成できるために、薬品や熱に対する耐性の高い多孔質樹脂が期待できる。また、他の方法と比較して、プロセス時間が短く、表面修飾が容易といったメリットも挙げられる。
Polymerization-induced phase separation
Porous resins, or porous resins having a co-continuous structure with a resin as a skeleton, are preferably formed by polymerization-induced phase separation. Polymerization-induced phase separation refers to a state in which a polymerizable compound and a solvent are compatible with each other, but the polymerized product (resin) and the solvent produced during the polymerization of the polymerizable compound are not compatible with each other (phase separation occurs). There are other methods for obtaining porous resins by phase separation, but by using the polymerization-induced phase separation method, a porous resin having a network structure can be formed, so that a porous resin with high resistance to chemicals and heat can be expected. In addition, compared to other methods, there are also advantages such as a short process time and easy surface modification.
次に、重合性化合物を含む液体組成物による、重合誘起相分離を用いた多孔質樹脂の形成プロセスについて説明する。重合性化合物は、光照射等により重合反応を生じて樹脂を形成する。このプロセスの間、成長中の樹脂における溶媒に対する溶解度が減少し、樹脂と溶媒の間における相分離が生じる。最終的に、樹脂は、溶媒等が孔を満たし、樹脂骨格による共連続構造を有する多孔質構造を形成する。これを乾燥すると、溶媒等は除去され、三次元網目構造の共連続構造を有する多孔質樹脂が残る。そのため、適切な空隙率を有する多孔質樹脂を形成するため、溶媒と重合性化合物との相溶性、及び溶媒と重合性化合物が重合することにより形成される樹脂との相溶性が検討される。 Next, a process for forming a porous resin using polymerization-induced phase separation with a liquid composition containing a polymerizable compound will be described. The polymerizable compound undergoes a polymerization reaction by irradiation with light or the like to form a resin. During this process, the solubility of the growing resin in the solvent decreases, and phase separation occurs between the resin and the solvent. Finally, the resin forms a porous structure with a co-continuous structure due to the resin skeleton, with the solvent filling the pores. When this is dried, the solvent is removed, leaving a porous resin with a co-continuous structure of a three-dimensional network structure. Therefore, in order to form a porous resin with an appropriate porosity, the compatibility of the solvent with the polymerizable compound and the compatibility of the solvent with the resin formed by polymerization of the polymerizable compound are examined.
前記樹脂絶縁層が、共連続構造を有し、空孔が連通していることを確認する方法としては、例えば、多孔質樹脂の断面を走査電子顕微鏡(SEM)等により画像観察し、空孔同士の繋がりが連続していることを確認する方法が挙げられる。また、空孔が連通していることで得られる物性の一つとして透気度が挙げられる。 One method for confirming that the resin insulating layer has a bicontinuous structure and that the pores are interconnected is, for example, to observe the cross section of the porous resin using a scanning electron microscope (SEM) or the like to confirm that the pores are interconnected. In addition, air permeability is one of the physical properties that can be obtained by interconnecting the pores.
[走査電子顕微鏡(SEM)による画像観察、及び空隙率の測定]
前記多孔質樹脂の空隙率としては、30%以上が好ましく、50%以上がより好ましい。また、90%以下が好ましく、85%以下がより好ましい。
空隙率が30%以上であることで、固体電解質層形成後のプレス工程において、樹脂絶縁層から固体電解質層にかかる圧力を緩和することができる。また、空隙率が90%以下であることで、樹脂絶縁層の強度の観点から、プレス工程を経たときに、樹脂絶縁層の形状を十分に保つことができる。
前記多孔質樹脂の空隙率の評価方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、多孔質樹脂に、オスミウム染色を施した後で、エポキシ樹脂で真空含浸し、集束イオンビーム(FIB)で内部の断面構造を切り出し、走査電子顕微鏡(SEM)を用いて空隙率を測定する方法などが挙げられる。
[Image Observation Using a Scanning Electron Microscope (SEM) and Measurement of Porosity]
The porosity of the porous resin is preferably 30% or more, more preferably 50% or more, and is preferably 90% or less, more preferably 85% or less.
A porosity of 30% or more can reduce the pressure applied from the resin insulating layer to the solid electrolyte layer in the pressing step after the formation of the solid electrolyte layer, while a porosity of 90% or less can adequately maintain the shape of the resin insulating layer after the pressing step from the viewpoint of the strength of the resin insulating layer.
The method for evaluating the porosity of the porous resin is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, a method can be used in which a porous resin is stained with osmium, then vacuum-impregnated with an epoxy resin, the internal cross-sectional structure is cut out with a focused ion beam (FIB), and the porosity is measured using a scanning electron microscope (SEM).
[透気度]
前記多孔質樹脂の透気度としては、1,000秒/100mL以下が好ましく、500秒/100mL以下がより好ましく、300秒/100mL以下が更に好ましい。
前記透気度は、JIS P8117に準拠して測定される透気度であり、例えば、ガーレー式デンソメーター(株式会社東洋精機製作所製)等を用いて測定することができる。
一例として、透気度が1,000秒/100mL以下であることをもって空孔が連通していると判断してもよい。
[Air permeability]
The air permeability of the porous resin is preferably 1,000 sec/100 mL or less, more preferably 500 sec/100 mL or less, and even more preferably 300 sec/100 mL or less.
The air permeability is the air permeability measured in accordance with JIS P8117, and can be measured, for example, by using a Gurley densometer (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho, Ltd.).
As an example, it may be determined that the pores are interconnected when the air permeability is 1,000 sec/100 mL or less.
前記多孔質樹脂が有する孔の断面形状としては、略円形状、略楕円形状、略多角形状等の様々な形状及び様々な大きさであって構わない。ここで、孔の大きさとは、断面形状における最も長い部分の長さを指すものとする。孔の大きさは、走査電子顕微鏡(SEM)で撮影した断面写真から求めることができる。
前記多孔質樹脂の有する孔の大きさとしては、特に限定はなく、目的に応じて適宜選択できるが、孔の大きさと樹脂絶縁層上に設けられる固体電解質層を形成するための液体組成物に含まれる固体電解質のメジアン径との比が1よりも小さいことが好ましく、0.8以下であることがより好ましい。孔の大きさが、固体電解質のメジアン径よりも大きい場合、樹脂絶縁層の孔内に固体電解質が含まれやすくなってしまう。上記範囲とすることで樹脂絶縁層に固体電解質が含まれにくい構成とすることができ、プレス時の圧力分散や、樹脂絶縁層から固体電解質にかかる圧力の緩和の点で有利である。
多孔質樹脂の有する孔の大きさ及び空隙率をこれらの範囲にする方法としては、特に限定されないが、例えば、液体組成物中における重合性化合物の含有量を上記の範囲に調整する方法、液体組成物中におけるポロジェンの含有量を上記の範囲に調整する方法、及び活性エネルギー線の照射条件を調整する方法などが挙げられる。
The cross-sectional shape of the pores of the porous resin may be various shapes and sizes, such as a substantially circular shape, a substantially elliptical shape, a substantially polygonal shape, etc. Here, the size of the pores refers to the length of the longest part in the cross-sectional shape. The size of the pores can be obtained from a cross-sectional photograph taken with a scanning electron microscope (SEM).
The size of the pores of the porous resin is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but the ratio of the size of the pores to the median diameter of the solid electrolyte contained in the liquid composition for forming the solid electrolyte layer provided on the resin insulation layer is preferably smaller than 1, more preferably 0.8 or less. If the size of the pores is larger than the median diameter of the solid electrolyte, the solid electrolyte is easily contained in the pores of the resin insulation layer. By setting the size in the above range, a configuration in which the solid electrolyte is not easily contained in the resin insulation layer can be obtained, which is advantageous in terms of pressure dispersion during pressing and relaxation of pressure applied from the resin insulation layer to the solid electrolyte.
The method for adjusting the pore size and porosity of the porous resin to fall within these ranges is not particularly limited, and examples thereof include a method of adjusting the content of the polymerizable compound in the liquid composition to fall within the above-mentioned range, a method of adjusting the content of the porogen in the liquid composition to fall within the above-mentioned range, and a method of adjusting the irradiation conditions of active energy rays.
(電極)
本発明の電極は、電極基体と、前記電極基体上に電極合材層と、前記電極合材層の外周部に、上記した本発明の樹脂絶縁層と、を有する。
(electrode)
The electrode of the present invention comprises an electrode substrate, an electrode mixture layer on the electrode substrate, and the above-described resin insulating layer of the present invention on the outer periphery of the electrode mixture layer.
(電極積層体)
本発明の電極積層体は、上記した本発明の電極と、前記電極上に固体電解質層と、を有する。
換言すると、本発明の電極積層体は、電極基体と、前記電極基体上に電極合材層と、前記電極合材層の外周部に、上記した本発明の樹脂絶縁層と、前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層上に固体電解質層と、を有する。
(Electrode laminate)
The electrode laminate of the present invention comprises the electrode of the present invention described above and a solid electrolyte layer on the electrode.
In other words, the electrode laminate of the present invention has an electrode substrate, an electrode mixture layer on the electrode substrate, the resin insulating layer of the present invention described above on the outer periphery of the electrode mixture layer, and a solid electrolyte layer on the electrode mixture layer and the resin insulating layer.
図1に、本発明の電極の一例を示す。図1は、電極25の断面図であり、電極25は、第1の電極基体21、及び第1の電極基体21上に電極合材層20と、を有する第1の電極と、第1の電極合材層20の外周部に樹脂絶縁層10と、を有する。
なお、図1では、第1の電極基体21の片面に電極合材層20と、樹脂絶縁層10が設けられた構成を図示しているが、第1の電極基体21の対向する両面に、電極合材層20と、樹脂絶縁層10が設けられていてもよい。
図2に、本発明の電極積層体の一例を示す。図2は、電極積層体35の断面図であり、電極積層体35は、第1の電極基体21と、第1の電極基体21上に第1の電極合材層20と、第1の電極合材層20の外周部に樹脂絶縁層10と、第1の電極合材層20及び樹脂絶縁層10上に固体電解質層30と、を有する。
なお、図2では、第1の電極基体21の片面に電極合材層20と、樹脂絶縁層10と、固体電解質層30が設けられた構成を図示しているが、第1の電極基体21の対向する両面に、電極合材層20と、樹脂絶縁層10と、固体電解質層30が設けられていてもよい。
そして、図3に、後述する本発明の電気化学素子の一例を示す。図3は、電気化学素子45の断面図であり、電気化学素子45は、電極積層体35上に、第2の電極基体41、及び第2の電極基体41上に電極合材層40と、を有する第2の電極を有し、固体電解質層30と、電極合材層40とが互いに面する。電気化学素子45は、単電池層であり、これを積層して積層電池とすることができる。
なお、図3では、第1の電極基体21の片面に電極合材層20と、樹脂絶縁層10と、固体電解質層30が設けられた構成を図示しているが、第1の電極基体21の対向する両面に、電極合材層20と、樹脂絶縁層10と、固体電解質層30が設けられていてもよく、この構成が積層された積層電池としてもよい。
An example of an electrode of the present invention is shown in Fig. 1. Fig. 1 is a cross-sectional view of an electrode 25, which has a first electrode having a first electrode substrate 21 and an electrode mixture layer 20 on the first electrode substrate 21, and a resin insulating layer 10 on the outer periphery of the first electrode mixture layer 20.
In addition, while Figure 1 illustrates a configuration in which an electrode mixture layer 20 and a resin insulation layer 10 are provided on one side of the first electrode substrate 21, an electrode mixture layer 20 and a resin insulation layer 10 may be provided on both opposing sides of the first electrode substrate 21.
An example of an electrode laminate of the present invention is shown in Fig. 2. Fig. 2 is a cross-sectional view of an electrode laminate 35, which has a first electrode substrate 21, a first electrode mixture layer 20 on the first electrode substrate 21, a resin insulating layer 10 on the outer periphery of the first electrode mixture layer 20, and a solid electrolyte layer 30 on the first electrode mixture layer 20 and the resin insulating layer 10.
In addition, FIG. 2 illustrates a configuration in which the electrode mixture layer 20, the resin insulating layer 10, and the solid electrolyte layer 30 are provided on one side of the first electrode substrate 21, but the electrode mixture layer 20, the resin insulating layer 10, and the solid electrolyte layer 30 may be provided on both opposing sides of the first electrode substrate 21.
An example of an electrochemical element of the present invention, which will be described later, is shown in Fig. 3. Fig. 3 is a cross-sectional view of an electrochemical element 45, which has a second electrode on an electrode laminate 35, the second electrode having a second electrode substrate 41 and an electrode mixture layer 40 on the second electrode substrate 41, and the solid electrolyte layer 30 and the electrode mixture layer 40 face each other. The electrochemical element 45 is a single cell layer, which can be stacked to form a stacked battery.
In addition, FIG. 3 illustrates a configuration in which the electrode mixture layer 20, the resin insulating layer 10, and the solid electrolyte layer 30 are provided on one side of the first electrode substrate 21, but the electrode mixture layer 20, the resin insulating layer 10, and the solid electrolyte layer 30 may be provided on both opposing sides of the first electrode substrate 21, and this configuration may be stacked to form a stacked battery.
<電極(第1の電極、第2の電極)>
前記電極は、電極基体と、電極合材層と、樹脂絶縁層と、を有する。
負極と正極とを総称して「電極」と称し、負極用電極基体と正極用電極基体とを総称して「電極基体」と称し、負極合材層と正極合材層とを総称して「電極合材層」と称する。
また、第1の電極が負極であった場合は第2の電極は正極を指し、第1の電極が正極であった場合は第2の電極は負極を指す。
<Electrodes (First Electrode, Second Electrode)>
The electrode includes an electrode substrate, an electrode mixture layer, and a resin insulating layer.
The negative electrode and positive electrode are collectively referred to as "electrodes", the negative electrode substrate and positive electrode substrate are collectively referred to as "electrode substrate", and the negative electrode mixture layer and positive electrode mixture layer are collectively referred to as "electrode mixture layer".
Moreover, when the first electrode is a negative electrode, the second electrode refers to a positive electrode, and when the first electrode is a positive electrode, the second electrode refers to a negative electrode.
<電極基体>
前記電極基体としては、導電性を有し、印加される電位に対して安定基材であれば、特に制限はなく、例えば、アルミ箔、銅箔、ステンレス箔、チタニウム箔、及びそれらをエッチングして微細な穴を開けたエッチド箔や、リチウムイオンキャパシタに用いられる穴あき電極基体などが挙げられる。
<Electrode Substrate>
The electrode substrate is not particularly limited as long as it is a conductive substrate that is stable against an applied potential. Examples of the electrode substrate include aluminum foil, copper foil, stainless steel foil, titanium foil, etched foils obtained by etching these foils to form fine holes, and perforated electrode substrates used in lithium ion capacitors.
<電極合材層>
前記電極合材層(以下、「活物質層」と称することがある)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、活物質(負極活物質又は正極活物質)を含み、更に必要に応じて、導電助剤、バインダ、分散剤、固体電解質、その他の成分を含んでもよい。
前記電極、乃至前記電極積層体が、硫化物固体電解質のイオン電導性の低下を抑制できる樹脂絶縁層を有する利点から、前記電極合材層は、活物質及び硫化物固体電解質を含有することが好ましい。
<Electrode mixture layer>
The electrode mixture layer (hereinafter, sometimes referred to as "active material layer") is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, it contains an active material (negative electrode active material or positive electrode active material) and may further contain a conductive assistant, a binder, a dispersant, a solid electrolyte, and other components as necessary.
Because the electrode or the electrode laminate has an advantage of having a resin insulating layer that can suppress a decrease in ionic conductivity of the sulfide solid electrolyte, it is preferable that the electrode mixture layer contains an active material and a sulfide solid electrolyte.
<<活物質>>
前記活物質としては、正極活物質又は負極活物質を用いることができる。なお、正極活物質又は負極活物質は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記正極活物質としては、アルカリ金属イオンを可逆的に吸蔵及び放出できる材料であれば特に制限はないが、アルカリ金属含有遷移金属化合物を用いることができる。
前記アルカリ金属含有遷移金属化合物としては、例えば、コバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄及びバナジウムからなる群より選択される1種以上の元素とリチウムとを含む複合酸化物等のリチウム含有遷移金属化合物が挙げられる。
前記リチウム含有遷移金属化合物としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどが挙げられる。
前記アルカリ金属含有遷移金属化合物としては、結晶構造中にXO4四面体(X=P,S,As,Mo,W,Si等)を有するポリアニオン系化合物も用いることができる。これらの中でも、サイクル特性の点で、リン酸鉄リチウム、リン酸バナジウムリチウム等のリチウム含有遷移金属リン酸化合物が好ましく、リチウム拡散係数、出力特性の点で、リン酸バナジウムリチウムが特に好ましい。
なお、ポリアニオン系化合物は、電子伝導性の点で、炭素材料等の導電助剤により表面が被覆されて複合化されていることが好ましい。
<<Active material>>
As the active material, a positive electrode active material or a negative electrode active material can be used. The positive electrode active material or the negative electrode active material may be used alone or in combination of two or more kinds.
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of reversibly absorbing and releasing alkali metal ions, and an alkali metal-containing transition metal compound can be used.
Examples of the alkali metal-containing transition metal compound include lithium-containing transition metal compounds such as composite oxides containing lithium and one or more elements selected from the group consisting of cobalt, manganese, nickel, chromium, iron, and vanadium.
Examples of the lithium-containing transition metal compound include lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, and lithium manganese oxide.
As the alkali metal-containing transition metal compound, a polyanion-based compound having an XO4 tetrahedron (X=P, S, As, Mo, W, Si, etc.) in the crystal structure can also be used. Among these, lithium-containing transition metal phosphate compounds such as lithium iron phosphate and lithium vanadium phosphate are preferred in terms of cycle characteristics, and lithium vanadium phosphate is particularly preferred in terms of lithium diffusion coefficient and output characteristics.
From the viewpoint of electronic conductivity, the polyanion-based compound is preferably composited by coating the surface with a conductive assistant such as a carbon material.
前記負極活物質は、アルカリ金属イオンを可逆的に吸蔵及び放出できる材料であれば特に制限はないが、黒鉛型結晶構造を有するグラファイトを含む炭素材料を用いることができる。
前記炭素材料として、天然黒鉛、球状又は繊維状の人造黒鉛、難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)等が挙げられる。
炭素材料以外の材料としては、チタン酸リチウム、酸化チタンなどが挙げられる。
また、リチウムイオン電池のエネルギー密度を高める観点から、シリコン、錫、シリコン合金、錫合金、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化錫等の高容量材料も負極活物質として好適に使用できる。
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material that can reversibly absorb and release alkali metal ions, and a carbon material containing graphite having a graphite-type crystal structure can be used.
Examples of the carbon material include natural graphite, spherical or fibrous artificial graphite, non-graphitizable carbon (hard carbon), and easily graphitizable carbon (soft carbon).
Examples of materials other than carbon materials include lithium titanate and titanium oxide.
In addition, from the viewpoint of increasing the energy density of a lithium ion battery, high-capacity materials such as silicon, tin, silicon alloys, tin alloys, silicon oxide, silicon nitride, and tin oxide can also be suitably used as the negative electrode active material.
<<導電助剤>>
前記導電助剤としては、例えば、ファーネス法、アセチレン法、ガス化法等により製造されているカーボンブラックや、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、グラフェン、黒鉛粒子等の炭素材料を用いることができる。炭素材料以外の導電助剤としては、例えば、アルミニウム等の金属粒子、金属繊維を用いることができる。なお、導電助剤は予め活物質と複合化されていてもよい。
前記活物質に対する前記導電助剤の質量比としては、10質量%以下が好ましく、8質量%以下がより好ましい。活物質に対する導電助剤の質量比が10質量%以下であると、液体組成物の安定性が向上する。また、活物質に対する導電助剤の質量比が8質量%以下であると、液体組成物の安定性が更に向上する。
<<Conductive assistant>>
As the conductive assistant, for example, carbon black produced by a furnace method, an acetylene method, a gasification method, or the like, or a carbon material such as carbon nanofiber, carbon nanotube, graphene, or graphite particles can be used. As a conductive assistant other than a carbon material, for example, metal particles such as aluminum, or metal fibers can be used. The conductive assistant may be previously compounded with the active material.
The mass ratio of the conductive assistant to the active material is preferably 10% by mass or less, more preferably 8% by mass or less. When the mass ratio of the conductive assistant to the active material is 10% by mass or less, the stability of the liquid composition is improved. Furthermore, when the mass ratio of the conductive assistant to the active material is 8% by mass or less, the stability of the liquid composition is further improved.
<<バインダ>>
前記バインダは、負極材料同士、正極材料同士、負極材料と負極用電極基体、正極材料と正極用電極基体を結着することが可能であれば、特に制限はない。ただし、液体組成物をインクジェット吐出に用いる場合は、液体吐出ヘッドのノズル詰まりを抑制する観点から、バインダは、液体組成物の粘度を上昇させにくいことが好ましい。
<< Binder >>
The binder is not particularly limited as long as it can bind negative electrode materials together, positive electrode materials together, a negative electrode material and a negative electrode substrate, and a positive electrode material and a positive electrode substrate. However, when the liquid composition is used for inkjet ejection, it is preferable that the binder does not easily increase the viscosity of the liquid composition from the viewpoint of suppressing clogging of the nozzle of the liquid ejection head.
前記活物質に対する前記バインダの含有量としては、1質量%以上15質量%以下が好ましく、3質量以上10質量%以下がより好ましい。活物質に対するバインダの含有量が1質量%以上であると、活物質を電極基体に強固に結着させることが可能である。 The content of the binder relative to the active material is preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 10% by mass or less. When the content of the binder relative to the active material is 1% by mass or more, it is possible to firmly bind the active material to the electrode substrate.
前記バインダとしては、高分子化合物を用いることができる。
例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテフタレート、ポリブチレンテフタレート等の熱可塑性樹脂、ポリアミド化合物、ポリイミド化合物、ポリアミドイミド、エチレン-プロピレン-ブタジエンゴム(EPBR)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ニトリルブタジエンゴム(NBR)、イソプレンゴム、ポリイソブテン、ポリエチレングリコール(PEO)ポリメチルメクリル酸(PMMA)、ポリエチレンビニルアセテート(PEVA)などが挙げられる。
As the binder, a polymer compound can be used.
Examples of the polymer include thermoplastic resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), acrylic resin, polyethylene, polypropylene, polyurethane, nylon, polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, and polybutylene terephthalate, polyamide compounds, polyimide compounds, polyamideimide, ethylene-propylene-butadiene rubber (EPBR), styrene-butadiene rubber (SBR), nitrile butadiene rubber (NBR), isoprene rubber, polyisobutene, polyethylene glycol (PEO), polymethylmethacrylate (PMMA), and polyethylene vinyl acetate (PEVA).
<<分散剤>>
前記分散剤としては、液体組成物中の活物質の分散性を向上させることが可能であれば、特に制限はないが、例えば、ポリエチレンオキシド系、ポリプロピレンオキシド系、ポリカルボン酸系、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合系、ポリエチレングリコール系、ポリカルボン酸部分アルキルエステル系、ポリエーテル系、ポリアルキレンポリアミン系等の高分子分散剤;アルキルスルホン酸系、四級アンモニウム系高級アルコールアルキレンオキサイド系、多価アルコールエステル系、アルキルポリアミン系等の低分子分散剤;ポリリン酸塩系分散剤等の無機分散剤;などが挙げられる。
<<Dispersant>>
The dispersant is not particularly limited as long as it is capable of improving the dispersibility of the active material in the liquid composition, and examples thereof include polymer dispersants such as polyethylene oxide-based, polypropylene oxide-based, polycarboxylic acid-based, naphthalenesulfonic acid-formalin condensation-based, polyethylene glycol-based, polycarboxylic acid partial alkyl ester-based, polyether-based, and polyalkylene polyamine-based; low molecular weight dispersants such as alkylsulfonic acid-based, quaternary ammonium-based, higher alcohol alkylene oxide-based, polyhydric alcohol ester-based, and alkyl polyamine-based; and inorganic dispersants such as polyphosphate-based dispersants.
<<固体電解質>>
前記電極合材層に含まれる固体電解質層を構成する材料としては、電子絶縁性を有し、かつ、イオン電導性を示す固体物質であれば、特に制限はないが、硫化物固体電解質や酸化物系固体電解質が、高いイオン電導性を有する観点で好ましい。
前記硫化物固体電解質としては、例えば、Li10GeP2S12、アルジロダイト型結晶構造を有するLi6PS5X(X=F,Cl,Br,I)などが挙げられる。
前記酸化物系固体電解質としては、例えば、ガーネット型結晶構造を有するLLZ(Li7La3Zr2O12)やNASICON型結晶構造を有するLATP(Li1+xAlxTi20x(PO4)3)(0.1≦x≦0.4)、ペロブスカイト型結晶構造を有するLLT(Li0.33La0.55TiO3)、アモルファス状のLIPON(Li2.9PO3.3N0.4)などが挙げられる。
<<Solid electrolyte>>
The material constituting the solid electrolyte layer contained in the electrode mixture layer is not particularly limited as long as it is a solid substance having electronic insulation and ionic conductivity. However, a sulfide solid electrolyte or an oxide solid electrolyte is preferred from the viewpoint of having high ionic conductivity.
Examples of the sulfide solid electrolyte include Li 10 GeP 2 S 12 and Li 6 PS 5 X (X=F, Cl, Br, I) having an argyrodite crystal structure.
Examples of the oxide-based solid electrolyte include LLZ ( Li7La3Zr2O12 ) having a garnet-type crystal structure, LATP ( Li1 + xAlxTi20x ( PO4 ) 3 ) (0.1≦x≦ 0.4 ) having a NASICON-type crystal structure, LLT ( Li0.33La0.55TiO3 ) having a perovskite -type crystal structure, and amorphous LIPON ( Li2.9PO3.3N0.4 ).
上記に挙げたもの以外でも、当該発明の趣旨を逸脱するものでなければ、特に制限はない。また、これら固体電解質を、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの固体電解質層を構成するために液体に溶解又は分散させる電解質材料としては、固体電解質の前駆体となる材料である、例えば、Li2SとP2S5、LiCl、固体電解質の材料であるLi2S-P2S5系ガラス、Li7P3S11ガラスセラミクスなどが挙げられる。
In addition to the above, there is no particular limitation as long as it does not deviate from the spirit of the present invention. In addition, these solid electrolytes may be used alone or in combination of two or more.
Examples of electrolyte materials that are dissolved or dispersed in liquid to form these solid electrolyte layers include solid electrolyte precursor materials such as Li 2 S, P 2 S 5 , LiCl, and solid electrolyte materials such as Li 2 S-P 2 S 5 based glass and Li 7 P 3 S 11 glass ceramics.
<<その他の成分>>
その他の成分としては、例えば、分散剤が挙げられる。
<<Other ingredients>>
The other components include, for example, a dispersant.
<樹脂絶縁層>
前記樹脂絶縁層は、前記電極基体上に設けられた電極合材層の外周部に設けられ、かつ前記電極基体上の前記電極基体の外周部に設けられる。
<Resin insulation layer>
The resin insulating layer is provided on the outer periphery of the electrode mixture layer provided on the electrode base, and is also provided on the electrode base on the outer periphery of the electrode base.
前記樹脂絶縁層の形状、及び設ける領域について、図を用いて説明する。図4~6は、図1に示す電極の積層体25の上面図、及び他の実施形態の上面図である。
図4において、樹脂絶縁層10は、電極合材層20の2辺に隣接して設けられる。図5においては、2つの領域の樹脂絶縁層10のそれぞれは、電極合材層20の1つの長辺と当該長辺の2つの角に隣接して設けられる。
また、図6に示すように、樹脂絶縁層10は、電極合材層20の4辺全てに連続的に隣接して設けられてもよく、図示しないが断続的に隣接して設けられてもよい。
The shape of the resin insulating layer and the region in which it is provided will be described with reference to the drawings. Figures 4 to 6 are top views of the electrode laminate 25 shown in Figure 1 and top views of other embodiments.
In Fig. 4, the resin insulating layer 10 is provided adjacent to two sides of the electrode mixture layer 20. In Fig. 5, each of the resin insulating layers 10 in two regions is provided adjacent to one long side of the electrode mixture layer 20 and two corners of the long side.
As shown in FIG. 6, the resin insulating layer 10 may be provided continuously adjacent to all four sides of the electrode mixture layer 20, or may be provided discontinuously adjacent thereto (not shown).
ここで、「電極合材層の外周部」に設けられるとは、前記電極合材層の外周部の少なくとも2辺に前記樹脂絶縁層が設けられていればよく、前記樹脂絶縁層が、前記電極合材層の外周部の3辺に設けられていてもよく、4辺(すべての辺)に設けられていてもよい。また、前記樹脂絶縁層は、任意の辺において、電極タブを突出させるための凹部や、切り欠き部を有していてもよい。
また、「電極基体の外周部」に設けられるとは、電極基体の端部を含むように樹脂絶縁層が設けられてもよく、図4~6のように樹脂絶縁層の周囲に電極基体の余白をもって樹脂絶縁層が設けられていてもよい。
前記樹脂絶縁層は、電極合材層と離間していてもよく(図13の左上図)、電極合材層と隣接していてもよい(図13の右上図、左下図、及び右下図)が、前記電極合材層と隣接することが好ましい。
前記隣接している場合、図13に示すように、樹脂絶縁層と電極合材層との対面が互いに一部領域で接触していてもよく(図13の右上図)、樹脂絶縁層と電極合材層との対面全面が接触していてもよい(図13の左下図、及び右下図)。ここで、樹脂絶縁層を後から設けた場合には、樹脂絶縁層が電極合材層側に重なり(図13の左下図)、電極合材層側を後から設けた場合には、電極合材層側が樹脂絶縁層に重なる(図13の右下図)。
前記離間している場合の、樹脂絶縁層と電極合材層との距離dとしては、10mm以下が好ましく、5mm以下がより好ましく、1mm以下が更に好ましい。
樹脂絶縁層と電極合材層との距離dが10mm以下であると、プレス工程を経た後に樹脂絶縁層と電極合材層とが接触しやすくなるため、固体電解質層を樹脂絶縁層及び電極合材層上に均一に形成することができ、また固体電解質層をプレスした際に固体電解質層に対して均一に圧力を付加することができる。
電極合材層と樹脂絶縁層との距離d(電極合材層の外周部と樹脂絶縁層の幅)は、図16~17のように定義する。図16に示す電極合材層と樹脂絶縁層とが隣接する状態を0とし、図17に示す矢印の間を電極合材層と樹脂絶縁層との距離dとする。
樹脂絶縁層が電極合材層側に重なっている場合(例えば、図13の左下図、及び右下図)、マイナスの値で示す。
Here, "provided on the outer periphery of the electrode mixture layer" means that the resin insulation layer is provided on at least two sides of the outer periphery of the electrode mixture layer, and the resin insulation layer may be provided on three sides or four sides (all sides) of the outer periphery of the electrode mixture layer. Also, the resin insulation layer may have a recess or a notch on any side for allowing an electrode tab to protrude.
In addition, being provided on the "periphery of the electrode substrate" may mean that the resin insulation layer is provided so as to include the end of the electrode substrate, or that the resin insulation layer is provided around the resin insulation layer with a margin of the electrode substrate as shown in Figures 4 to 6.
The resin insulation layer may be separated from the electrode mixture layer (upper left figure in Figure 13) or adjacent to the electrode mixture layer (upper right figure, lower left figure, and lower right figure in Figure 13), but it is preferable that it is adjacent to the electrode mixture layer.
In the case where they are adjacent to each other, as shown in Fig. 13, the resin insulation layer and the electrode mixture layer may be in contact with each other in a partial region on the facing surface (upper right diagram of Fig. 13), or the resin insulation layer and the electrode mixture layer may be in contact with each other over the entire facing surface (lower left diagram and lower right diagram of Fig. 13). Here, if the resin insulation layer is provided later, the resin insulation layer overlaps the electrode mixture layer side (lower left diagram of Fig. 13), and if the electrode mixture layer side is provided later, the electrode mixture layer side overlaps the resin insulation layer (lower right diagram of Fig. 13).
When they are spaced apart, the distance d between the resin insulating layer and the electrode mixture layer is preferably 10 mm or less, more preferably 5 mm or less, and even more preferably 1 mm or less.
When the distance d between the resin insulating layer and the electrode mixture layer is 10 mm or less, the resin insulating layer and the electrode mixture layer are likely to come into contact with each other after the pressing step, so that the solid electrolyte layer can be uniformly formed on the resin insulating layer and the electrode mixture layer, and pressure can be uniformly applied to the solid electrolyte layer when the solid electrolyte layer is pressed.
The distance d between the electrode mixture layer and the resin insulation layer (the width between the outer periphery of the electrode mixture layer and the resin insulation layer) is defined as shown in Figures 16 and 17. The state in which the electrode mixture layer and the resin insulation layer are adjacent to each other as shown in Figure 16 is defined as 0, and the distance between the arrows in Figure 17 is defined as the distance d between the electrode mixture layer and the resin insulation layer.
When the resin insulating layer overlaps the electrode mixture layer (for example, the lower left and lower right diagrams in FIG. 13), a negative value is indicated.
前記電極積層体における、前記電極合材層の平均厚みAに対する、前記樹脂絶縁層の平均厚みBの比(B/A)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.97以上1.03以下が好ましく、0.98以上1.02以下がより好ましい。
電極合材層の平均厚みA、樹脂絶縁層の平均厚みBは、それぞれ任意の3点以上の厚みを測定し、その平均を算出することにより求めることができる。
プレス前、及びプレス後における、電極合材層の平均厚みA、樹脂絶縁層の平均厚みBの関係としては、図14に模式的に示すように、A<Bであっても、A=Bであっても、A<Bであってもよく、いずれも適宜選択することができるが、A=B、乃至A<Bであることが好ましい。
In the electrode laminate, the ratio (B/A) of the average thickness B of the resin insulating layer to the average thickness A of the electrode composite layer is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 0.97 or more and 1.03 or less, and more preferably 0.98 or more and 1.02 or less.
The average thickness A of the electrode mixture layer and the average thickness B of the resin insulating layer can be determined by measuring the thickness at any three or more points and calculating the average.
The relationship between the average thickness A of the electrode mixture layer and the average thickness B of the resin insulating layer before and after pressing may be A<B, A=B, or A<B, as shown diagrammatically in FIG. 14 , and any of these may be appropriately selected, but it is preferable that A=B or A<B.
また、前記樹脂絶縁層における500MPa、5分間の押圧後の圧縮率としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1%以上50%以下が好ましく、5%以上20%以下がより好ましい。
前記圧縮率が50%以下であると、樹脂絶縁層の強度の観点から、プレス工程を経たときに、樹脂絶縁層の形状を十分に保つことができる。前記圧縮率が1%以上であると、固体電解質層形成後のプレス工程において、樹脂絶縁層から固体電解質層にかかる圧力を緩和することができる。
The compression ratio of the resin insulating layer after pressing at 500 MPa for 5 minutes is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 1% or more and 50% or less, and more preferably 5% or more and 20% or less.
When the compression ratio is 50% or less, the shape of the resin insulation layer can be sufficiently maintained when the pressing step is performed from the viewpoint of the strength of the resin insulation layer, and when the compression ratio is 1% or more, the pressure applied from the resin insulation layer to the solid electrolyte layer can be mitigated in the pressing step after the formation of the solid electrolyte layer.
前記樹脂絶縁層が、多孔質樹脂である又は共連続構造を有すると、電極合材層の厚みと、樹脂絶縁層の厚みと、を略同等にしようとした際に、プレスにより容易に精度高く樹脂絶縁層の厚みを制御することができる。また、前記樹脂絶縁層は、後述する通り、塗布及び重合誘起相分離法により形成できることによっても容易に樹脂絶縁層の厚みを制御することができる。共連続構造を有する多孔質の樹脂層であれば、プレスした際に生じる圧力を効率よく逃がせることが可能となるため、樹脂層の破壊や高低差ムラなどといった不具合の発生を抑制し、品質のよい樹脂層を得ることができる。
デンドライド析出による短絡が生じ得る電気化学素子においては、通常、正極合材層よりも負極合材層を大きくする構成が一般的である。このとき、正極集電体及び負極集電体が略同等の大きさであると、正極集電体上において、負極の負極合材層が対向する領域において、正極合材層が形成されない余剰部が発生する。電気学素子特性の観点から、樹脂絶縁層は、正極の余剰部、即ち正極合材層の外周部に設けられることが好ましい。なお、電気化学素子としたときに、正極合材層よりも負極合材層を小さくする構成がとられる場合であれば、樹脂絶縁層は負極の余剰部、即ち負極合材層の外周部に設けられることが好ましい。
When the resin insulation layer is a porous resin or has a co-continuous structure, the thickness of the resin insulation layer can be easily and precisely controlled by pressing when the thickness of the electrode mixture layer and the thickness of the resin insulation layer are to be approximately equal. In addition, the thickness of the resin insulation layer can be easily controlled by forming the resin insulation layer by coating and polymerization induced phase separation, as described later. If the resin insulation layer is a porous resin layer having a co-continuous structure, it is possible to efficiently release the pressure generated during pressing, thereby suppressing the occurrence of defects such as destruction of the resin layer and unevenness in height, and a high-quality resin layer can be obtained.
In electrochemical elements where a short circuit due to dendrite precipitation may occur, the negative electrode composite layer is generally larger than the positive electrode composite layer. In this case, if the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are approximately the same size, a surplus portion where the positive electrode composite layer is not formed is generated in the region where the negative electrode composite layer of the negative electrode faces on the positive electrode current collector. From the viewpoint of electrical element characteristics, the resin insulating layer is preferably provided on the surplus portion of the positive electrode, that is, on the outer periphery of the positive electrode composite layer. Note that, if the negative electrode composite layer is configured to be smaller than the positive electrode composite layer when the electrochemical element is formed, the resin insulating layer is preferably provided on the surplus portion of the negative electrode, that is, on the outer periphery of the negative electrode composite layer.
前記樹脂絶縁層の平均厚みとしては、特に限定はなく、電極合材層の平均厚みなどの各種条件に応じて適宜選択することができるが、1.0μm以上150.0μm以下が好ましく、10.0μm以上100.0μm以下がより好ましい。平均厚みが10.0μm以上であることで圧力負荷を分散することができるとともに、正極と負極との短絡を防止することができ、100.0μm以下にすることで密度が高く電池特性に優れる電気化学素子を製造できる。
前記平均厚みは、任意の3点以上の厚みを測定し、その平均を算出することにより求めることができる。
The average thickness of the resin insulating layer is not particularly limited and can be appropriately selected depending on various conditions such as the average thickness of the electrode mixture layer, but is preferably 1.0 μm to 150.0 μm, more preferably 10.0 μm to 100.0 μm. By setting the average thickness to 10.0 μm or more, it is possible to distribute the pressure load and prevent short-circuiting between the positive electrode and the negative electrode, and by setting the average thickness to 100.0 μm or less, it is possible to manufacture an electrochemical element with high density and excellent battery characteristics.
The average thickness can be determined by measuring the thickness at any three or more points and calculating the average.
<固体電解質層>
前記固体電解質層の固体電解質としては、前記電極合材層の固体電解質として説明した材料を適宜選択して用いることができる。
前記電極、乃至前記電極積層体が、硫化物固体電解質のイオン電導性の低下を抑制できる樹脂絶縁層を有する利点から、前記固体電解質層は、硫化物固体電解質を含有する硫化物固体電解質層であることが好ましい。
前記固体電解質層はバインダを含んでもよく、前記バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、アクリル樹脂、スチレンブタジエンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテフタレート、ポリブチレンテフタレート等の熱可塑性樹脂、ポリアミド化合物、ポリイミド化合物、ポリアミドイミド、エチレン-プロピレン-ブタジエンゴム(EPBR)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ニトリルブタジエンゴム(NBR)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリブチルメタクリレート(PBMA)、イソプレンゴム、ポリイソブテン、ポリエチレングリコール(PEO)、ポリエチレンビニルアセテート(PEVA)などが挙げられる。
<Solid electrolyte layer>
As the solid electrolyte of the solid electrolyte layer, any of the materials described as the solid electrolyte of the electrode mixture layer can be appropriately selected and used.
Due to the advantage that the electrode or the electrode laminate has a resin insulating layer that can suppress a decrease in ionic conductivity of the sulfide solid electrolyte, the solid electrolyte layer is preferably a sulfide solid electrolyte layer containing a sulfide solid electrolyte.
The solid electrolyte layer may contain a binder. Examples of the binder include thermoplastic resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), acrylic resin, styrene butadiene rubber, polyethylene, polypropylene, polyurethane, nylon, polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, and polybutylene terephthalate, polyamide compounds, polyimide compounds, polyamideimide, ethylene-propylene-butadiene rubber (EPBR), styrene-butadiene rubber (SBR), nitrile butadiene rubber (NBR), polymethyl methacrylate (PMMA), polybutyl methacrylate (PBMA), isoprene rubber, polyisobutene, polyethylene glycol (PEO), and polyethylene vinyl acetate (PEVA).
(電極の製造方法、及び電極の製造装置)
本発明の電極の製造方法は、付与工程と、重合工程と、電極合材層形成工程と、を有し、更に必要に応じてその他の工程を有する。
本発明の電極の製造装置は、収容容器と、付与手段と、重合手段と、電極合材層形成手段と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
(Electrode manufacturing method and electrode manufacturing device)
The method for producing an electrode of the present invention includes an application step, a polymerization step, and an electrode mixture layer forming step, and further includes other steps as necessary.
The electrode manufacturing apparatus of the present invention comprises a container, an application means, a polymerization means, and an electrode mixture layer forming means, and further comprises other means as necessary.
(電極積層体の製造方法、及び電極積層体の製造装置)
本発明の電極積層体の製造方法は、付与工程と、重合工程と、電極合材層形成工程と、プレス工程と、固体電解質層形成工程と、を有し、更に必要に応じてその他の工程を有する。
本発明の電極積層体の製造装置は、収容容器と、付与手段と、重合手段と、電極合材層形成手段と、プレス手段と、固体電解質層形成手段と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
(Method of manufacturing electrode laminate and device of manufacturing electrode laminate)
The method for producing an electrode laminate of the present invention includes an application step, a polymerization step, an electrode mixture layer forming step, a pressing step, and a solid electrolyte layer forming step, and further includes other steps as necessary.
The electrode laminate manufacturing apparatus of the present invention has a container, an application means, a polymerization means, an electrode mixture layer forming means, a pressing means, and a solid electrolyte layer forming means, and further has other means as necessary.
[樹脂絶縁層形成工程、及び樹脂絶縁層形成手段]
ここで、電極積層体における樹脂絶縁層を形成する方法は、付与工程と、重合工程とを少なくとも含む。
すなわち、前記樹脂絶縁層を形成する方法は、重合性化合物及び液体を含有する液体組成物を、電極基体上の外周部に付与する付与工程と、前記液体組成物に熱又は光を付与して重合させて樹脂絶縁層を形成する重合工程と、を有し、更に必要に応じてその他の工程を有する。
前記樹脂絶縁層を形成する手段は、重合性化合物及び液体を含有する液体組成物が収容された収容容器と、前記液体組成物を、電極基体上の外周部に付与する付与手段と、前記液体組成物に熱又は光を付与して重合させて樹脂絶縁層を形成する重合手段と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
[Resin insulation layer forming step and resin insulation layer forming means]
Here, the method for forming the resin insulating layer in the electrode laminate includes at least an application step and a polymerization step.
That is, the method for forming the resin insulation layer includes an application step of applying a liquid composition containing a polymerizable compound and a liquid to the outer periphery of an electrode substrate, and a polymerization step of applying heat or light to the liquid composition to polymerize it to form a resin insulation layer, and further includes other steps as necessary.
The means for forming the resin insulation layer includes a container that contains a liquid composition containing a polymerizable compound and a liquid, an application means for applying the liquid composition to the outer periphery of the electrode substrate, and a polymerization means for applying heat or light to the liquid composition to polymerize it to form a resin insulation layer, and further includes other means as necessary.
[樹脂絶縁層、及び電極合材層の形成順序]
樹脂絶縁層、及び電極合材層の形成順序としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記電極合材層形成工程が前記付与工程の前に実施され、前記電極合材層を形成した後に、前記電極合材層の外周部に前記樹脂絶縁層を形成してもよい。その場合、前記電極積層体の製造方法は、樹脂絶縁層形成工程(付与工程、重合工程)、電極合材層形成工程、プレス工程、及び固体電解質層形成工程の順に実施される。
或いは、前記電極合材層形成工程が前記重合工程の後に実施され、前記樹脂絶縁層を前記電極基体上の外周部に形成した後に、前記電極基体上の前記外周部の内側に前記電極合材層を形成してもよい。その場合、前記電極積層体の製造方法は、電極合材層形成工程、樹脂絶縁層形成工程(付与工程、重合工程)、プレス工程、及び固体電解質層形成工程の順に実施される。
[Order of forming resin insulating layer and electrode mixture layer]
The order of forming the resin insulating layer and the electrode mixture layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose.
The electrode mixture layer forming step may be performed before the applying step, and the resin insulating layer may be formed on the outer periphery of the electrode mixture layer after the electrode mixture layer is formed. In this case, the method for producing the electrode laminate is performed in the order of the resin insulating layer forming step (applying step, polymerization step), the electrode mixture layer forming step, the pressing step, and the solid electrolyte layer forming step.
Alternatively, the electrode mixture layer forming step may be performed after the polymerization step, and after the resin insulating layer is formed on the outer periphery of the electrode substrate, the electrode mixture layer may be formed on the inside of the outer periphery of the electrode substrate. In that case, the manufacturing method of the electrode laminate is performed in the order of the electrode mixture layer forming step, the resin insulating layer forming step (application step, polymerization step), the pressing step, and the solid electrolyte layer forming step.
<付与工程、付与手段>
前記付与工程は、前記液体組成物を電極基体上の外周部に付与する工程であり、付与手段により好適に実施できる。
前記付与手段は、前記収容容器に収容された前記液体組成物を電極基体上の外周部に付与する手段である。
<Application step and application means>
The applying step is a step of applying the liquid composition to the outer periphery of the electrode substrate, and can be suitably carried out by an applying means.
The applying means is a means for applying the liquid composition contained in the container to the outer periphery of the electrode substrate.
前記付与工程及び付与手段としては、液体組成物を付与できるものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スリットコート法、キャピラリーコート法、スプレーコート法、ノズルコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、反転印刷法、インクジェット印刷法等の各種印刷方法に応じた任意の印刷装置を用いることができる。これらの中でも、インクジェット印刷法が好ましい。これによって必要となる箇所に対して精度よく樹脂層を形成することできる。 The application step and application means are not particularly limited as long as they can apply the liquid composition, and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, any printing device can be used according to various printing methods such as spin coating, casting, microgravure coating, gravure coating, bar coating, roll coating, wire bar coating, dip coating, slit coating, capillary coating, spray coating, nozzle coating, gravure printing, screen printing, flexographic printing, offset printing, reverse printing, and inkjet printing. Among these, inkjet printing is preferred. This allows a resin layer to be formed with high precision in the required areas.
<重合工程、重合手段>
前記重合工程は、前記液体組成物に熱又は光を付与して重合させて樹脂絶縁層を形成する工程であり、重合手段により好適に実施できる。
前記重合手段は、前記液体組成物に熱又は光を付与して重合させて樹脂絶縁層を形成する手段である。
前記重合により、前記液体組成物中の前記重合体化合物が重合し、重合誘起相分離により、多孔質樹脂が形成され、電極基体上の外周部に樹脂絶縁層を製造することができる。
前記重合処理及び重合部としては、特に制限はなく、用いる重合開始剤や重合様式などの目的に応じて適宜選択することができ、例えば、光重合の場合、波長365nmの紫外線を3秒間照射する光照射処理及び光照射方法、熱重合の場合、150℃真空乾燥で12時間加熱する加熱処理及び加熱方法などが挙げられる。
<Polymerization process, polymerization means>
The polymerization step is a step in which the liquid composition is polymerized by applying heat or light to form a resin insulating layer, and can be suitably carried out by a polymerization means.
The polymerization means is a means for polymerizing the liquid composition by applying heat or light to the liquid composition to form a resin insulating layer.
The polymerization causes the polymer compound in the liquid composition to polymerize, and a porous resin is formed by polymerization-induced phase separation, making it possible to produce a resin insulating layer on the outer periphery of the electrode substrate.
The polymerization treatment and polymerization section are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, such as the polymerization initiator and polymerization mode to be used. For example, in the case of photopolymerization, ultraviolet light having a wavelength of 365 nm is irradiated for 3 seconds. Examples of the light irradiation treatment and method include a light irradiation treatment and a heating method in the case of thermal polymerization, in which the material is heated in a vacuum at 150° C. for 12 hours.
<その他の工程、その他の手段>
前記積層体の製造装置におけるその他の処理としては、本発明の効果を損なわない限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、除去工程などが挙げられる。
前記積層体の製造方法におけるその他の手段としては、本発明の効果を損なわない限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、除去手段などが挙げられる。
<Other steps and other means>
Other processes in the laminate manufacturing apparatus are not particularly limited as long as they do not impair the effects of the present invention, and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, a removal process may be included.
The other means in the method for producing the laminate are not particularly limited as long as they do not impair the effects of the present invention and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, a removal means may be used.
<<溶媒除去工程、溶媒除去手段>>
前記除去工程は、前記重合処理により液体組成物が重合してなる多孔質樹脂から溶媒を除去する工程であり、溶媒除去部により好適に実施できる。
前記溶媒除去手段は、前記重合部で液体組成物が重合してなる多孔質樹脂から溶媒を除去する手段である。
前記溶媒を除去する方法としては、特に限定されず、例えば、加熱することにより多孔質樹脂から溶媒を除去する方法が挙げられる。このとき、減圧下で加熱することで溶媒の除去がより促進され、形成される絶縁層における溶媒の残存を抑制できるので好ましい。
加熱する際には、ステージにより加熱してもよいし、ステージ以外の加熱機構により加熱してもよい。加熱機構は、基体の上下の何れか一方に設置されてもよいし、複数個設置されていてもよい。加熱機構としては、特に制限はなく、例えば、抵抗加熱ヒータ、赤外線ヒータ、ファンヒータ等が挙げられる。
加熱温度は、特に制限はないが、使用エネルギーの観点から、70℃~150℃が好ましい。
<<Solvent Removal Step, Solvent Removal Means>>
The removing step is a step of removing the solvent from the porous resin obtained by polymerizing the liquid composition through the polymerization treatment, and can be suitably performed by a solvent removing unit.
The solvent removing means is a means for removing the solvent from the porous resin formed by polymerizing the liquid composition in the polymerization section.
The method for removing the solvent is not particularly limited, and examples thereof include a method for removing the solvent from the porous resin by heating. In this case, heating under reduced pressure is preferable because it can further promote the removal of the solvent and suppress the solvent from remaining in the insulating layer to be formed.
The heating may be performed by a stage or by a heating mechanism other than the stage. The heating mechanism may be installed either above or below the substrate, or multiple heating mechanisms may be installed. The heating mechanism is not particularly limited, and examples thereof include a resistance heater, an infrared heater, and a fan heater.
The heating temperature is not particularly limited, but is preferably 70° C. to 150° C. from the viewpoint of energy usage.
<電極合材層形成工程、電極合材層形成手段>
前記電極合材層形成工程は、前記電極基体上に電極合材層を形成する工程であり、電極合材層形成手段により好適に実施できる。
前記電極合材層形成手段は、前記電極基体上に電極合材層を形成する手段である。
前記電極合材層形成工程を実施する順番としては、上述した通り、前記付与工程の前であってもよく、前記重合工程の後であってもよい。
すなわち、前記電極合材層を形成した後に、前記電極合材層の外周部に前記樹脂絶縁層を形成してもよく、或いは、前記樹脂絶縁層を前記電極基体上の外周部に形成した後に、前記電極基体上の前記外周部の内側に前記電極合材層を形成してもよい。
<Electrode composite material layer forming process, electrode composite material layer forming means>
The electrode mixture layer forming step is a step of forming an electrode mixture layer on the electrode substrate, and can be suitably carried out by an electrode mixture layer forming means.
The electrode mixture layer forming means is a means for forming an electrode mixture layer on the electrode substrate.
As for the order of carrying out the electrode mixture layer forming step, as described above, it may be carried out before the application step or after the polymerization step.
That is, after forming the electrode mixture layer, the resin insulating layer may be formed on the outer periphery of the electrode mixture layer, or after forming the resin insulating layer on the outer periphery of the electrode base, The electrode mixture layer may be formed on the electrode substrate on the inside of the outer periphery.
前記電極合材層を形成する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、粉体状の活物質や結着剤、導電材等を液体中に分散し、得られた分散液を電極基体上に塗布し、固定して乾燥する方法などが挙げられる。
前記塗布方法としては、例えば、スプレー、ディスペンサ、ダイコーター、引き上げ塗工などが挙げられる。
The method for forming the electrode mixture layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, a method may be used in which a powdered active material, a binder, a conductive material, etc. are dispersed in a liquid, and the resulting dispersion is applied onto an electrode substrate, fixed, and dried.
Examples of the application method include spraying, dispenser, die coater, and pull-up coating.
<プレス工程、プレス手段>
前記プレス工程は、前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層をプレスする工程であり、プレス手段により好適に実施できる。
前記プレス手段は、前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層をプレスする手段である。
前記プレスを行うことにより、前記電極合材層の平均厚みと、前記樹脂絶縁層の平均厚みとを略同等とすることができ、したがって、電極上に設けられた固体電解質層をプレスする際に高い圧力がかかった場合でも、圧力負荷を優れて分散することができる。
前記プレス工程を行うタイミングとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記電極基体上に、前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層を形成した後に、前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層をプレスしてもよく、或いは、プレス前の前記樹脂絶縁層の厚みと前記電極合材層の厚みが略同等であれば、更に固体電解質層を設けた後に、プレスしてもよく、その両方を行ってもよい。
<Pressing process, pressing means>
The pressing step is a step of pressing the electrode mixture layer and the resin insulating layer, and can be suitably carried out by a pressing means.
The pressing means is a means for pressing the electrode mixture layer and the resin insulating layer.
By performing the pressing, the average thickness of the electrode mixture layer and the average thickness of the resin insulating layer can be made substantially equal. Therefore, even if high pressure is applied when pressing the solid electrolyte layer provided on the electrode, the pressure load can be distributed excellently.
The timing of performing the pressing step is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, the electrode mixture layer and the resin insulating layer may be formed on the electrode base, and then the electrode mixture layer and the resin insulating layer may be pressed. Alternatively, if the thickness of the resin insulating layer before pressing and the thickness of the electrode mixture layer are approximately equal, a solid electrolyte layer may be further provided and then pressing may be performed. Alternatively, both may be performed.
前記プレス方法としては、特に制限はなく、市販の加圧成型装置を用いて行うことができ、前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層を前記電極基体方向にプレスすればよく、例えば、一軸プレス、ロールプレス、冷間静水等方圧プレス(CIP)、ホットプレスなどが挙げられる。これらの中でも、等方加圧することができる冷間静水等方圧プレス(CIP)が好ましい。
プレス圧力は、電極基体と電極合材層とを圧着しつつ、電極合材層を圧密化することができる圧力で行うことがよく、1MPa~900MPaが好ましく、250MPa~700MPaより好ましい。
The pressing method is not particularly limited and can be performed using a commercially available pressure molding device, as long as the electrode mixture layer and the resin insulating layer are pressed in the direction of the electrode substrate, and examples of the pressing method include uniaxial pressing, roll pressing, cold isostatic pressing (CIP), hot pressing, etc. Among these, cold isostatic pressing (CIP), which can apply isostatic pressure, is preferred.
The pressing pressure is preferably a pressure capable of compressing the electrode mixture layer while bonding the electrode substrate and the electrode mixture layer together, and is preferably 1 MPa to 900 MPa, more preferably 250 MPa to 700 MPa.
<固体電解質層形成工程、固体電解質層形成手段>
前記固体電解質層形成工程は、前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層上に固体電解質層を形成する工程であり、固体電解質層形成手段により好適に実施できる。
前記固体電解質層形成手段は、前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層上に固体電解質層を形成する手段である。
前記固体電解質層を形成する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記固体電解質、及び必要に応じて前記バインダを含む液体組成物を、前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層上に塗布し、固化して乾燥させる方法が挙げられる。
<Solid electrolyte layer forming step, solid electrolyte layer forming means>
The solid electrolyte layer forming step is a step of forming a solid electrolyte layer on the electrode mixture layer and the resin insulating layer, and can be suitably performed by a solid electrolyte layer forming means.
The solid electrolyte layer forming means is a means for forming a solid electrolyte layer on the electrode mixture layer and the resin insulating layer.
The method for forming the solid electrolyte layer is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, a liquid composition containing the solid electrolyte and, if necessary, the binder is mixed with the electrode mixture. The adhesive is applied onto the material layer and the resin insulating layer, solidified and dried.
塗布方法としては、特に制限はなく、例えば、インクジェット法やスプレーコート法、ディスペンサ法などの液体吐出方法や、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スリットコート法、キャピラリーコート法、ノズルコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、反転印刷法などが挙げられる。 There are no particular limitations on the coating method, and examples include liquid ejection methods such as the inkjet method, spray coating method, and dispenser method, spin coating method, casting method, microgravure coating method, gravure coating method, bar coating method, roll coating method, wire bar coating method, dip coating method, slit coating method, capillary coating method, nozzle coating method, gravure printing method, screen printing method, flexographic printing method, offset printing method, and reverse printing method.
[基材に液体組成物を直接的に付与することで樹脂絶縁層、乃至電極積層体を形成する実施形態]
図7は、本実施形態の電極積層体の製造方法を実現するための樹脂絶縁層の製造装置(液体吐出装置)の一例を示す模式図である。
樹脂絶縁層の製造装置500は、上記した液体組成物を用いて樹脂絶縁層を製造する装置である。樹脂絶縁層の製造装置は、印刷基材4上に、液体組成物を付与して液体組成物層を形成する付与処理を実施する印刷部100と、液体組成物層に熱又は光を付与して重合させる重合処理を実施する重合部200と、多孔質樹脂前駆体6を加熱し、その孔内の溶媒を除去することで多孔質樹脂を得る加熱処理を実施する加熱部300を備える。樹脂絶縁層の製造装置は、印刷基材4を搬送する搬送部5を備え、搬送部5は、印刷部100、重合部200、加熱部300の順に印刷基材4をあらかじめ設定された速度で搬送する。
印刷基材4は、電極基体上に電極合材層が設けられた基材であってもよい。また、電極合材層を有しない電極基体であってもよく、その場合は、樹脂絶縁層の形成後に電極合材層が設けられる。
[Embodiments in which a resin insulating layer or an electrode laminate is formed by directly applying a liquid composition to a substrate]
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a resin insulating layer manufacturing apparatus (liquid ejection apparatus) for implementing the manufacturing method of the electrode laminate of this embodiment.
The resin insulation layer manufacturing apparatus 500 is an apparatus for manufacturing a resin insulation layer using the above-mentioned liquid composition. The resin insulation layer manufacturing apparatus includes a printing section 100 that performs an application process of applying a liquid composition onto a printing substrate 4 to form a liquid composition layer, a polymerization section 200 that performs a polymerization process of applying heat or light to the liquid composition layer to polymerize it, and a heating section 300 that performs a heat process of heating a porous resin precursor 6 and removing the solvent in the pores to obtain a porous resin. The resin insulation layer manufacturing apparatus includes a conveying section 5 that conveys the printing substrate 4, and the conveying section 5 conveys the printing substrate 4 at a preset speed in the order of the printing section 100, the polymerization section 200, and the heating section 300.
The printing substrate 4 may be a substrate in which an electrode mixture layer is provided on an electrode substrate. Alternatively, the printing substrate 4 may be an electrode substrate that does not have an electrode mixture layer, in which case the electrode mixture layer is provided after the formation of the resin insulating layer.
-印刷部100-
印刷部100は、印刷基材4上に樹脂絶縁層を形成するための液体組成物を付与する付与工程を実現する付与手段の一例である印刷装置1aと、液体組成物を収容する収容容器1bと、収容容器1bに貯留された液体組成物を印刷装置1aに供給する供給チューブ1cを備える。
収容容器1bは、液体組成物7を収容し、印刷部100は、印刷装置1aから液体組成物7を吐出して、印刷基材4上に液体組成物7を付与して液体組成物層を薄膜状に形成する。なお、収容容器1bは、樹脂絶縁層の製造装置と一体化した構成であってもよいが、樹脂絶縁層の製造装置から取り外し可能な構成であってもよい。また、樹脂絶縁層の製造装置と一体化した収容容器や樹脂絶縁層の製造装置から取り外し可能な収容容器に添加するために用いられる容器であってもよい。
収容容器1bや供給チューブ1cは、液体組成物7を安定して貯蔵及び供給できるものであれば任意に選択可能である。収容容器1bや供給チューブ1cを構成する材料は、紫外及び可視光の比較的短波長領域において遮光性を有することが好ましい。これにより、液体組成物7が外光により重合開始されることが防止される。
--Printing unit 100--
The printing unit 100 includes a printing device 1a, which is an example of an application means for realizing an application process of applying a liquid composition for forming a resin insulation layer on the printing substrate 4, a storage container 1b for storing the liquid composition, and a supply tube 1c for supplying the liquid composition stored in the storage container 1b to the printing device 1a.
The storage container 1b stores the liquid composition 7, and the printing unit 100 ejects the liquid composition 7 from the printing device 1a and applies the liquid composition 7 onto the printing substrate 4 to form a thin film of the liquid composition layer. The storage container 1b may be integrated with the resin insulation layer manufacturing apparatus, or may be removable from the resin insulation layer manufacturing apparatus. Alternatively, the storage container 1b may be a container used for adding to a storage container integrated with the resin insulation layer manufacturing apparatus or a storage container removable from the resin insulation layer manufacturing apparatus.
The container 1b and the supply tube 1c may be selected arbitrarily as long as they can stably store and supply the liquid composition 7. The materials constituting the container 1b and the supply tube 1c preferably have a light-shielding property in the relatively short wavelength region of ultraviolet and visible light. This prevents the liquid composition 7 from being polymerized by external light.
-重合部200-
重合部200は、図7に示すように、光重合の場合、重合工程を実施する重合手段の一例である光照射装置2aと、重合不活性気体を循環させる重合不活性気体循環装置2bを有し、光照射装置2aは、印刷部100により形成された液体組成物層に重合不活性気体存在下において光を照射し、光重合させて多孔質樹脂前駆体6を得る。
光照射装置2aは、液体組成物層に含まれる光重合開始剤の吸収波長に応じて適宜選択され、液体組成物層中の化合物の重合を開始及び進行させられるものならば特に限定はなく、例えば、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、熱陰極管、冷陰極管、LED等の紫外線光源などが挙げられる。ただし、短波長の光ほど一般に深部に到達しやすい傾向を持つため、形成する多孔質膜の厚みに応じて光源を選択することが好ましい。
次に、光照射装置2aの光源の照射強度に関して、照射強度が強すぎると相分離が十分に起きる前に急激に重合が進行するため、多孔質構造が得られにくい傾向がある。また、照射強度が弱すぎる場合は、相分離がミクロスケール以上に進行し、多孔質のばらつきや粗大化が起きやすい。また、照射時間も長くなり、生産性が低下する傾向にある。そのため、照射強度としては10mW/cm2以上1W/cm2以下が好ましく、30mW/cm2以上300mW/cm2以下がより好ましい。
--Polymerization section 200--
As shown in FIG. 7, in the case of photopolymerization, the polymerization unit 200 has a light irradiation device 2a, which is an example of a polymerization means for carrying out a polymerization step, and a polymerization inert gas circulation device 2b for circulating a polymerization inert gas. The light irradiation device 2a irradiates the liquid composition layer formed by the printing unit 100 with light in the presence of the polymerization inert gas, and photopolymerizes the liquid composition to obtain a porous resin precursor 6.
The light irradiation device 2a is appropriately selected according to the absorption wavelength of the photopolymerization initiator contained in the liquid composition layer, and is not particularly limited as long as it can initiate and advance the polymerization of the compound in the liquid composition layer, and examples thereof include ultraviolet light sources such as high-pressure mercury lamps, metal halide lamps, hot cathode tubes, cold cathode tubes, and LEDs. However, since light with a shorter wavelength generally tends to reach deeper parts, it is preferable to select a light source according to the thickness of the porous film to be formed.
Next, regarding the irradiation intensity of the light source of the light irradiation device 2a, if the irradiation intensity is too strong, polymerization will proceed rapidly before phase separation occurs sufficiently, so that it is difficult to obtain a porous structure. If the irradiation intensity is too weak, phase separation will proceed to a microscale or greater, and porosity variations and coarsening will occur easily. In addition, the irradiation time will be longer, and productivity will tend to decrease. Therefore, the irradiation intensity is preferably 10 mW/cm 2 or more and 1 W/cm 2 or less, and more preferably 30 mW/cm 2 or more and 300 mW/cm 2 or less.
重合不活性気体循環装置2bは、大気中に含まれる重合活性な酸素濃度を低下させ、液体組成物層の表面近傍の重合性化合物の重合反応を阻害されることなく進行させる役割を担う。そのため、用いられる重合不活性気体は上記機能を満たすものならば特に制限はなく、例えば窒素や二酸化炭素やアルゴンなどが挙げられる。
重合不活性気体のO2濃度としては、阻害低減効果が効果的に得られることを考慮して、20%未満(大気よりも酸素濃度が低い環境)が好ましく、0%以上15%以下がより好ましく、0%以上5%以下が更に好ましい。また、重合不活性気体循環装置2bは安定した重合進行条件を実現させるために、温度を調節できる温調手段が設けられていることが好ましい。
The polymerization inert gas circulation device 2b plays a role of lowering the concentration of polymerization active oxygen contained in the atmosphere and allowing the polymerization reaction of the polymerizable compound near the surface of the liquid composition layer to proceed without being hindered. Therefore, the polymerization inert gas used is not particularly limited as long as it satisfies the above-mentioned functions, and examples thereof include nitrogen, carbon dioxide, and argon.
The O2 concentration of the polymerization inert gas is preferably less than 20% (an environment with a lower oxygen concentration than the atmosphere) in consideration of the effective inhibition reduction effect, more preferably 0% to 15%, and even more preferably 0% to 5%. In addition, the polymerization inert gas circulation device 2b is preferably provided with a temperature control means capable of controlling the temperature in order to realize stable polymerization progress conditions.
重合部200は、熱重合の場合は、加熱装置であってもよい。加熱装置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、基板加熱(例えば、ホットプレート)、IRヒータ、温風ヒータなどが挙げられ、これらを組み合わせてもよい。
また、加熱温度や時間、又は光照射の条件に関しては、液体組成物7に含まれる重合性化合物や形成膜厚に応じて適宜選択可能である。
In the case of thermal polymerization, the polymerization section 200 may be a heating device. The heating device is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. Examples of the heating device include a substrate heater (e.g., a hot plate), an IR heater, and a hot air heater, and these may be combined.
The heating temperature, time, and light irradiation conditions can be appropriately selected depending on the polymerizable compound contained in the liquid composition 7 and the thickness of the formed film.
-除去部300-
除去部300は、図7に示すように、加熱装置3aを有し、重合部200により形成した多孔質樹脂前駆体6を加熱装置3aにより加熱して、残存する溶媒を乾燥させて除去する溶媒除去工程を行う。これにより多孔質樹脂を形成することができる。除去部300は、溶媒除去を減圧下で実施してもよい。
また、除去部300は、多孔質樹脂前駆体6を加熱装置3aにより加熱して、重合部200で実施した重合反応を更に促進させる重合促進工程、及び多孔質樹脂前駆体6に残存する光重合開始剤を、加熱装置3aにより加熱して乾燥させて除去する開始剤除去工程も行う。なお、これらの重合促進工程及び開始剤除去工程は、溶媒除去工程と同時ではなく、溶媒除去工程の前又は後に実施されてもよい。
さらに、除去部300は、溶媒除去工程後に、多孔質を減圧下で加熱する重合完了工程を行う。加熱装置3aは、上記機能を満たすものならば特に制限はなく、例えばIRヒータや温風ヒータなどが挙げられる。
また、加熱温度や時間に関しては、多孔質樹脂前駆体6に含まれる溶媒の沸点や形成膜厚に応じて適宜選択可能である。
--Removal Unit 300--
7, the removal section 300 has a heating device 3a, and performs a solvent removal step in which the porous resin precursor 6 formed in the polymerization section 200 is heated by the heating device 3a to dry and remove the remaining solvent. This makes it possible to form a porous resin. The removal section 300 may perform the solvent removal under reduced pressure.
The removal section 300 also carries out a polymerization promotion step of heating the porous resin precursor 6 with the heating device 3a to further promote the polymerization reaction carried out in the polymerization section 200, and an initiator removal step of heating, drying and removing the photopolymerization initiator remaining in the porous resin precursor 6 with the heating device 3a. Note that the polymerization promotion step and the initiator removal step may be carried out before or after the solvent removal step, rather than simultaneously with the solvent removal step.
Furthermore, the removal unit 300 performs a polymerization completion step of heating the porous material under reduced pressure after the solvent removal step. The heating device 3a is not particularly limited as long as it satisfies the above-mentioned functions, and examples thereof include an IR heater and a hot air heater.
The heating temperature and time can be appropriately selected depending on the boiling point of the solvent contained in the porous resin precursor 6 and the thickness of the formed film.
図8は、本実施形態の電極積層体の製造方法を実現するための樹脂絶縁層の製造装置(液体吐出装置)の他の一例を示す模式図である。
液体吐出装置300’は、ポンプ310と、バルブ311、312を制御することにより、液体組成物が液体吐出ヘッド306、タンク307、チューブ308を循環することが可能である。
また、液体吐出装置300’は、外部タンク313が設けられており、タンク307内の液体組成物が減少した際に、ポンプ310と、バルブ311、312、314を制御することにより、外部タンク313からタンク307に液体組成物を供給することも可能である。
前記樹脂絶縁層の製造装置を用いると、付与対象物の狙ったところに液体組成物を吐出することができる。
FIG. 8 is a schematic diagram showing another example of a resin insulating layer manufacturing apparatus (liquid ejection apparatus) for implementing the manufacturing method of the electrode laminate of this embodiment.
The liquid ejection device 300 ′ is capable of circulating the liquid composition through the liquid ejection head 306 , the tank 307 , and the tube 308 by controlling the pump 310 and the valves 311 and 312 .
In addition, the liquid ejection device 300' is provided with an external tank 313, and when the liquid composition in the tank 307 decreases, it is also possible to supply the liquid composition from the external tank 313 to the tank 307 by controlling the pump 310 and the valves 311, 312, and 314.
By using the above-mentioned resin insulating layer manufacturing apparatus, the liquid composition can be discharged to a targeted location on an object to which the composition is to be applied.
本実施形態の樹脂絶縁層の製造方法の他の例を図9に示す。
基材上に多孔質樹脂が設けられた電極210の製造方法は、液体吐出装置300’を用いて、基材211上に、液体組成物12Aを、順次吐出する工程を含む。
まず、細長状の基材211を準備する。そして、基材211を筒状の芯に巻き付け、多孔質樹脂212を形成する側が、図9中、上側になるように、送り出しローラ304と巻き取りローラ305にセットする。ここで、送り出しローラ304と巻き取りローラ305は、反時計回りに回転し、基材211は、図9中、右から左の方向に搬送される。そして、送り出しローラ304と巻き取りローラ305の間の基材211の上方に設置されている液体吐出ヘッド306から、図8と同様にして、液体組成物12Aの液滴を、順次搬送される基材211上に吐出する。
なお、液体吐出ヘッド306は、基材211の搬送方向に対して、略平行な方向又は略垂直な方向に、複数個設置されていてもよい。次に、液体組成物12Aの液滴が吐出された基材211は、送り出しローラ304と巻き取りローラ305によって、重合部309に搬送される。その結果、多孔質樹脂212が形成され、基材上に多孔質樹脂が設けられた電極210が得られる。その後、高分子電解質が設けられた電極210は、打ち抜き加工等により、所望の大きさに切断される。
重合部309は、基材211の上下の何れか一方に設置されてもよいし、複数個設置されていてもよい。
重合部309としては、液体組成物12Aに直接接触しなければ、特に制限はなく、例えば、熱重合の場合、抵抗加熱ヒータ、赤外線ヒータ、ファンヒータ等;光重合の場合、紫外線照射装置などが挙げられる。なお、重合部309は、複数個設置されていてもよい。
Another example of the method for producing the resin insulating layer of this embodiment is shown in FIG.
The method for producing the electrode 210 having a porous resin provided on a substrate includes a step of sequentially discharging the liquid composition 12A onto the substrate 211 using a liquid discharger 300'.
First, an elongated substrate 211 is prepared. Then, the substrate 211 is wound around a cylindrical core, and set on a feed roller 304 and a take-up roller 305 so that the side on which the porous resin 212 is formed is the upper side in Fig. 9. Here, the feed roller 304 and the take-up roller 305 rotate counterclockwise, and the substrate 211 is transported from right to left in Fig. 9. Then, droplets of the liquid composition 12A are ejected from a liquid ejection head 306 installed above the substrate 211 between the feed roller 304 and the take-up roller 305, in the same manner as in Fig. 8, onto the substrate 211 which is being transported successively.
A plurality of liquid ejection heads 306 may be installed in a direction substantially parallel to or substantially perpendicular to the transport direction of the substrate 211. Next, the substrate 211 onto which the droplets of the liquid composition 12A have been ejected is transported to a polymerization section 309 by a delivery roller 304 and a take-up roller 305. As a result, a porous resin 212 is formed, and an electrode 210 having a porous resin provided on the substrate is obtained. Thereafter, the electrode 210 having the polymer electrolyte provided thereon is cut to a desired size by punching or the like.
The overlapping portion 309 may be provided either above or below the base material 211, or a plurality of overlapping portions may be provided.
The polymerization section 309 is not particularly limited as long as it does not come into direct contact with the liquid composition 12A, and examples of the polymerization section 309 include a resistance heater, an infrared heater, a fan heater, etc. in the case of thermal polymerization, and an ultraviolet ray irradiation device, etc. in the case of photopolymerization. A plurality of polymerization sections 309 may be provided.
加熱又は光照射の条件は、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができる。重合により液体組成物12Aが重合されて多孔質樹脂が形成される。
また、図10のように、タンク307Aは、タンク307Aに接続されたタンク313Aから液体組成物を供給してもよく、液体吐出ヘッド306は、複数の液体吐出ヘッド306A、306Bを有してもよい。
The conditions for heating or light irradiation are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. The liquid composition 12A is polymerized by polymerization to form a porous resin.
As shown in FIG. 10, the tank 307A may be supplied with the liquid composition from a tank 313A connected to the tank 307A, and the liquid ejection head 306 may have a plurality of liquid ejection heads 306A and 306B.
[基材に液体組成物を間接的に付与することで樹脂絶縁層、乃至電極積層体を形成する実施形態]
図11~12は、本実施形態の樹脂絶縁層の製造装置としての、付与手段としてインクジェット方式、及び転写方式を採用した印刷部の一例を示す構成図であり、図11は、ドラム状の中間転写体を用いた印刷部、図12は、無端ベルト状の中間転写体を用いた印刷部を示す構成図である。
図11に示した印刷部400´は、中間転写体4001を介して基材に液体組成物乃至多孔質樹脂を転写することで基材上に多孔質樹脂を形成する、インクジェットプリンタである。
[Embodiments in which a resin insulating layer or an electrode laminate is formed by indirectly applying a liquid composition to a substrate]
Figures 11 and 12 are configuration diagrams showing an example of a printing unit that employs an inkjet method and a transfer method as an application method in a manufacturing apparatus for a resin insulation layer of this embodiment, where FIG. 11 is a configuration diagram showing a printing unit that uses a drum-shaped intermediate transfer body, and FIG. 12 is a configuration diagram showing a printing unit that uses an endless belt-shaped intermediate transfer body.
The printing unit 400 ′ shown in FIG. 11 is an inkjet printer that transfers a liquid composition or a porous resin to a substrate via an intermediate transfer body 4001 to form a porous resin on the substrate.
印刷部400´は、インクジェット部420、転写ドラム4000、前処理ユニット4002、吸収ユニット4003、加熱ユニット4004および清掃ユニット4005を備える。
インクジェット部420は、複数のヘッド101を保持したヘッドモジュール422を備える。ヘッド101は、転写ドラムに4000に支持された中間転写体4001に液体組成物を吐出し、中間転写体4001上に液体組成物層を形成する。各ヘッド101は、ラインヘッドであり、使用可能な最大サイズの基材の記録領域の幅をカバーする範囲にノズルが配列されている。ヘッド101は、その下面に、ノズルが形成されたノズル面を有しており、ノズル面は、微小間隙を介して中間転写体4001の表面と対向している。本実施形態の場合、中間転写体4001は円軌道上を循環移動する構成であるため、複数のヘッド101は、放射状に配置される。
The printing section 400 ′ includes an inkjet section 420 , a transfer drum 4000 , a pre-treatment unit 4002 , an absorbing unit 4003 , a heating unit 4004 and a cleaning unit 4005 .
The inkjet unit 420 includes a head module 422 that holds a plurality of heads 101. The heads 101 eject a liquid composition onto an intermediate transfer body 4001 supported by a transfer drum 4000, and form a liquid composition layer on the intermediate transfer body 4001. Each head 101 is a line head, and nozzles are arranged in a range that covers the width of the recording area of a substrate of the maximum size that can be used. The head 101 has a nozzle surface on its lower surface on which nozzles are formed, and the nozzle surface faces the surface of the intermediate transfer body 4001 via a minute gap. In the case of this embodiment, the intermediate transfer body 4001 is configured to circulate on a circular orbit, so the plurality of heads 101 are arranged radially.
転写ドラム4000は、圧胴621と対向し、転写ニップ部を形成する。前処理ユニット4002は、ヘッド101による液体組成物の吐出前に、例えば、中間転写体4001上に、液体組成物の粘度を高めるための反応液を付与する。吸収ユニット4003は、転写前に、中間転写体4001上の液体組成物層から液体成分を吸収する。加熱ユニット4004は、転写前に、中間転写体4001上の液体組成物層を加熱する。液体組成物層を加熱することで、液体組成物を熱重合させて、多孔質樹脂を形成する。また、溶媒が除去され、基材への転写性が向上する。清掃ユニット4005は、転写後に中間転写体4001上を清掃し、中間転写体4001上に残留したインクやごみ等の異物を除去する。
圧胴621の外周面は、中間転写体4001に圧接しており、圧胴621と中間転写体4001との転写ニップ部を基材が通過するときに、中間転写体4001上の多孔質樹脂が基材に転写される。なお、圧胴621は、その外周面に基材の先端部を保持するグリップ機構を少なくとも1つ備えた構成としてもよい。
The transfer drum 4000 faces the pressure cylinder 621 and forms a transfer nip. The pretreatment unit 4002 applies, for example, a reaction liquid for increasing the viscosity of the liquid composition onto the intermediate transfer body 4001 before the liquid composition is discharged by the head 101. The absorption unit 4003 absorbs liquid components from the liquid composition layer on the intermediate transfer body 4001 before transfer. The heating unit 4004 heats the liquid composition layer on the intermediate transfer body 4001 before transfer. By heating the liquid composition layer, the liquid composition is thermally polymerized to form a porous resin. In addition, the solvent is removed, improving the transferability to the substrate. The cleaning unit 4005 cleans the intermediate transfer body 4001 after transfer and removes foreign matter such as ink and dust remaining on the intermediate transfer body 4001.
The outer peripheral surface of the pressure drum 621 is in pressure contact with the intermediate transfer body 4001, and the porous resin on the intermediate transfer body 4001 is transferred to the substrate when the substrate passes through a transfer nip between the pressure drum 621 and the intermediate transfer body 4001. The pressure drum 621 may be configured to have at least one gripping mechanism for holding the leading end of the substrate on its outer peripheral surface.
図12に示した印刷部400´´は、中間転写ベルト4006を介して基材に液体組成物乃至多孔質樹脂を転写することで基材上に多孔質樹脂を形成する、インクジェットプリンタである。
印刷部400´´は、インクジェット部420に設けた複数のヘッド101から液体組成物の液滴を吐出して、中間転写ベルト4006の外周表面上に液体組成物層を形成する。中間転写ベルト4006に形成された液体組成物層は、加熱ユニット4007によって加熱され、熱重合することで多孔質樹脂を形成し、中間転写ベルト4006上で膜化する。
The printing unit 400 ″ shown in FIG. 12 is an inkjet printer that transfers a liquid composition or a porous resin onto a substrate via an intermediate transfer belt 4006 to form a porous resin on the substrate.
The printing unit 400'' ejects droplets of the liquid composition from a plurality of heads 101 provided in the inkjet unit 420 to form a liquid composition layer on the outer circumferential surface of the intermediate transfer belt 4006. The liquid composition layer formed on the intermediate transfer belt 4006 is heated by a heating unit 4007 and thermally polymerized to form a porous resin, which is then turned into a film on the intermediate transfer belt 4006.
中間転写ベルト4006が転写ローラ622と対向する転写ニップ部において、中間転写ベルト4006上の膜化した多孔質樹脂は基材に転写される。転写後の中間転写ベルト4006の表面は、清掃ローラ4008によって清掃される。
中間転写ベルト4006は、駆動ローラ4009a、対向ローラ4009b、複数(本例では4つ)の形状維持ローラ4009c,4009d,4009e,4009f、および複数(本例では4つ)の支持ローラ4009gに架け渡され、図中矢印方向に移動する。ヘッド101に対向して設けられる支持ローラ4009gは、ヘッド101からインク滴が吐出される際の中間転写ベルト4006の引張状態を維持する。
The porous resin film on the intermediate transfer belt 4006 is transferred to the substrate in the transfer nip where the intermediate transfer belt 4006 faces the transfer roller 622. The surface of the intermediate transfer belt 4006 after transfer is cleaned by a cleaning roller 4008.
The intermediate transfer belt 4006 is stretched over a drive roller 4009a, an opposing roller 4009b, a plurality of (four in this example) shape maintaining rollers 4009c, 4009d, 4009e, and 4009f, and a plurality of (four in this example) support rollers 4009g, and moves in the direction of the arrow in the figure. The support roller 4009g, which is provided opposite the head 101, maintains the tension state of the intermediate transfer belt 4006 when ink droplets are ejected from the head 101.
(電気化学素子)
本発明の電気化学素子は、上記した本発明の電極積層体を有する電気化学素子であり、更に外装を有する。前記電気化学素子は、固体電解質層を有する全固体電池である。
前記外装としては、電極積層体を封止することができれば、特に制限はなく、目的に応じて公知の外装を適宜選択することができる。
(Electrochemical element)
The electrochemical device of the present invention is an electrochemical device having the above-mentioned electrode laminate of the present invention and further having an outer casing. The electrochemical device is an all-solid-state battery having a solid electrolyte layer.
The exterior packaging is not particularly limited as long as it can seal the electrode laminate, and any known exterior packaging can be appropriately selected depending on the purpose.
図15に、本発明の電気化学素子である全固体電池の一例を示す。
図15に示す全固体電池は、正極20と負極40が、固体電解質30を介して、積層されている。ここで、正極20は、負極40の両側に積層されている。
また、正極基体21には、引き出し線50が接続されており、負極基体41には、引き出し線51が接続されている。
なお、正極20と負極40の積層数は、特に制限は無い。また、正極20の個数と負極40の個数は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
引き出し線50及び51は、外装60の外部に引き出されている。
前記電気化学素子の形状としては、特に制限はなく、例えば、ラミネートタイプ、シリンダタイプコインタイプなどが挙げられる。
FIG. 15 shows an example of an all-solid-state battery which is an electrochemical device of the present invention.
15, a positive electrode 20 and a negative electrode 40 are laminated with a solid electrolyte 30 interposed therebetween. Here, the positive electrode 20 is laminated on both sides of the negative electrode 40.
Further, a lead wire 50 is connected to the positive electrode substrate 21 , and a lead wire 51 is connected to the negative electrode substrate 41 .
There is no particular limit to the number of stacked positive electrodes 20 and negative electrodes 40. The number of positive electrodes 20 and the number of negative electrodes 40 may be the same or different.
The lead wires 50 and 51 are led out to the outside of the exterior 60 .
The shape of the electrochemical element is not particularly limited, and examples thereof include a laminate type, a cylinder type, and a coin type.
(電気化学素子の製造方法、及び電気化学素子の製造装置)
本発明の電気化学素子の製造方法は、上述した本発明の電極積層体の製造方法により電極積層体を製造する電極製造工程と、前記電極積層体を用いて電気化学素子を製造する素子化工程と、を含み、必要に応じて、更にその他の工程を含む。
本発明の電気化学素子の製造装置は、上述した本発明の電極積層体の製造装置により電極積層体を製造する電極製造部と、前記電極積層体を用いて電気化学素子を製造する素子化部と、を有し、必要に応じて、更にその他の手段を有する。
(Method of manufacturing electrochemical device and apparatus for manufacturing electrochemical device)
The method for manufacturing an electrochemical element of the present invention includes an electrode manufacturing step of manufacturing an electrode laminate by the above-mentioned method for manufacturing an electrode laminate of the present invention, and an element fabrication step of manufacturing an electrochemical element using the electrode laminate, and may further include other steps as necessary.
The electrochemical element manufacturing apparatus of the present invention has an electrode manufacturing section that manufactures an electrode laminate using the above-mentioned electrode laminate manufacturing apparatus of the present invention, and an element production section that manufactures an electrochemical element using the electrode laminate, and may further have other means as necessary.
<電極製造工程、及び電極製造部>
前記電極製造工程は、上記した本発明の電極積層体の製造方法において説明した、付与工程と、重合工程と、電極合材層形成工程と、プレス工程と、固体電解質層形成工程と、を含み、更に必要に応じて、電極加工工程などのその他の手段を有する。
前記電極製造部は、上記した本発明の電極積層体の製造装置において説明した、収容容器と、付与手段と、重合手段と、電極合材層形成手段と、プレス手段と、固体電解質層形成手段と、を有し、更に必要に応じて、電極加工手段などのその他の手段を有する。
前記電極製造工程、及び前記電極製造部により、電極基体と、前記電極基体上に電極合材層と、前記電極合材層の外周部に樹脂絶縁層と、前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層上に固体電解質層と、を有する電極積層体を製造することができる。
<Electrode manufacturing process and electrode manufacturing department>
The electrode manufacturing process includes the application process, polymerization process, electrode mixture layer forming process, pressing process, and solid electrolyte layer forming process, which are explained in the above-mentioned manufacturing method of the electrode laminate of the present invention, and further includes other means such as an electrode processing process, as necessary.
The electrode manufacturing section has a container, an application means, a polymerization means, an electrode mixture layer forming means, a pressing means, and a solid electrolyte layer forming means, all of which are described in the electrode laminate manufacturing apparatus of the present invention, and further has other means, such as an electrode processing means, as necessary.
The electrode manufacturing process and the electrode manufacturing unit can manufacture an electrode laminate having an electrode substrate, an electrode mixture layer on the electrode substrate, a resin insulation layer on the outer periphery of the electrode mixture layer, and a solid electrolyte layer on the electrode mixture layer and the resin insulation layer.
<素子化工程、及び素子化部>
前記素子化工程は、前記電極積層体を用いて電気化学素子を製造する工程である。
前記素子化部は、前記電極積層体を用いて電気化学素子を製造する手段である。
電極積層体を用いて電気化学素子を製造する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜公知の電気化学素子の製造方法を選択することができ、例えば、対向電極の設置、巻回又は積層、容器への収容の少なくともいずれかを行い蓄電素子とする方法が挙げられる。
なお、素子化工程としては、素子化の全行程を備える必要はなく、素子化の一部の工程を含むものであってもよい。
<Device Formation Step and Device Formation Division>
The device fabrication step is a step of manufacturing an electrochemical device using the electrode laminate.
The device production section is a means for producing an electrochemical device using the electrode laminate.
The method for producing an electrochemical element using the electrode laminate is not particularly limited, and a publicly known method for producing an electrochemical element can be appropriately selected depending on the purpose. For example, a method for producing an energy storage element can be mentioned in which at least one of the following steps is performed: providing a counter electrode, winding or stacking, and housing in a container.
The element fabrication step does not need to include all steps of element fabrication, and may include only a part of the steps.
<電極加工工程、及び電極加工部>
電極加工部は、付与部よりも下流において、樹脂層が形成された電極積層体を加工する手段である。電極加工部は、裁断、折り畳み、及び貼り合わせの少なくとも1つを実施してもよい。積層電極加工部は、例えば、樹脂層が形成された積層電極を裁断し、積層電極の積層体を作製することができる。電極加工部は、樹脂層が形成された積層電極を巻回又は積層することができる。
電極加工部は、例えば、電極加工装置を有し、多孔質樹脂層が形成された積層電極の裁断やつづら折り、積層や巻回を目的の電池形態に応じて実施する。
電極加工部によって行われる電極加工工程は、例えば、付与工程よりも下流において、樹脂層が形成された積層電極を加工する工程である。電極加工工程は、裁断工程、折り畳み工程、及び貼り合わせ工程の少なくとも1つを含んでもよい。
<Electrode processing step and electrode processing section>
The electrode processing unit is a means for processing the electrode laminate on which the resin layer is formed downstream of the application unit. The electrode processing unit may perform at least one of cutting, folding, and lamination. The laminated electrode processing unit can, for example, cut the laminated electrode on which the resin layer is formed to prepare a laminate of the laminated electrodes. The electrode processing unit can wind or stack the laminated electrode on which the resin layer is formed.
The electrode processing section has, for example, an electrode processing device, and cuts, folds, stacks, or winds the laminated electrode on which the porous resin layer is formed, according to the desired battery form.
The electrode processing step performed by the electrode processing unit is, for example, a step of processing a laminated electrode on which a resin layer has been formed downstream of the application step. The electrode processing step may include at least one of a cutting step, a folding step, and a bonding step.
<電気化学素子の用途>
電気化学素子の用途としては、特に制限はなく、例えば、車両等の移動体;スマートフォン、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドホンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、ストロボ、カメラ等の電気機器などが挙げられる。これらの中でも、車両、電気機器が特に好ましい。
前記移動体としては、例えば、普通自動車、大型特殊自動車、小型特殊自動車、トラック、大型自動二輪車、普通自動二輪車などが挙げられる。
<Applications of electrochemical elements>
The uses of the electrochemical element are not particularly limited, and examples thereof include mobile objects such as vehicles, smartphones, notebook computers, pen-input personal computers, mobile personal computers, electronic book players, mobile phones, mobile fax machines, mobile copiers, mobile printers, headphone stereos, video movie machines, liquid crystal televisions, handy cleaners, portable CDs, mini discs, transceivers, electronic organizers, calculators, memory cards, portable tape recorders, radios, backup power sources, motors, lighting equipment, toys, game devices, clocks, strobes, cameras, and other electric devices. Among these, vehicles and electric devices are particularly preferred.
Examples of the mobile body include ordinary automobiles, large special purpose automobiles, small special purpose automobiles, trucks, large motorcycles, ordinary motorcycles, and the like.
[移動体]
図19に、本発明の電気化学素子である全固体電池を搭載した移動体の一例を示す。移動体70は、例えば電気自動車である。移動体70はモーター71と、電気化学素子72と、移動手段の一例としての車輪73を備える。電気化学素子72は、上述した本発明の電気化学素子である。電気化学素子72は、モーター71に電力を供給することでモーター71を駆動する。駆動されたモーター71は、車輪73を駆動させることができ、その結果、移動体70は移動することができる。
以上の構成によれば、正極と負極との短絡を防止するとともに、電池特性に優れる電気化学素子からの電力により駆動するので、安全かつ効率よく移動体を移動させることができる。
移動体70は電気自動車に限られず、PHEVやHEV、又はディーゼルエンジンと電気化学素子とを併用して走行可能な機関車やバイクであってもよい。又、移動体は、電気化学素子のみ、又はエンジンと電気化学素子とを併用して走行可能な、工場等で使用される搬送用ロボットであってもよい。また、移動体は、その物体全体が移動せず、一部のみが移動するもの、例えば、工場の製造ラインに配される、電気化学素子のみ、又はエンジンと電気化学素子とを併用してアーム等が動作可能な組立ロボットであってもよい。
[Mobile object]
19 shows an example of a mobile body equipped with an all-solid-state battery that is an electrochemical element of the present invention. Mobile body 70 is, for example, an electric vehicle. Mobile body 70 includes a motor 71, an electrochemical element 72, and wheels 73 that are an example of a means of transportation. Electrochemical element 72 is the electrochemical element of the present invention described above. Electrochemical element 72 drives motor 71 by supplying power to motor 71. Driven motor 71 can drive wheels 73, and as a result, mobile body 70 can move.
According to the above-mentioned configuration, short-circuiting between the positive and negative electrodes is prevented, and the vehicle is driven by electric power from an electrochemical element having excellent battery characteristics, so that the vehicle can be moved safely and efficiently.
The moving body 70 is not limited to an electric vehicle, but may be a PHEV, HEV, or a locomotive or motorcycle that can run using a diesel engine and an electrochemical element in combination. The moving body may also be a transport robot used in a factory or the like that can run using only an electrochemical element or a combination of an engine and an electrochemical element. The moving body may also be an object that does not move in its entirety, but only a part of it, such as an assembly robot that is arranged on a factory production line and that can operate an arm or the like using only an electrochemical element or a combination of an engine and an electrochemical element.
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
<硫化物固体電解質の合成>
硫化物固体電解質として、アルジロダイト型硫化物固体電解質Li6PS5Cl(LPSC)を公知文献1「J. Power Sources. 2018, 396, 33-40」に従い合成した。
固体電解質塗料は、以下のように作製した。
溶媒としてオクタン(東京化成工業株式会社製)を用いた。脱水した溶媒として、カールフィッシャー水分濃度計により、100ppm以下の水分含有量であることを確認したものを用いた。
この溶媒100質量部に対し、合成した硫化物固体電解質100質量部、及び分散剤(Lubrizol社製、SolspersetmTM 21000)1質量部を添加して混合し、固体電解質塗料を得た。
<Synthesis of sulfide solid electrolyte>
As the sulfide solid electrolyte, an argyrodite-type sulfide solid electrolyte Li 6 PS 5 Cl (LPSC) was synthesized according to the known literature 1, “J. Power Sources. 2018, 396, 33-40”.
The solid electrolyte paint was prepared as follows.
The solvent used was octane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) The dehydrated solvent was confirmed to have a moisture content of 100 ppm or less using a Karl Fischer moisture concentration meter.
To 100 parts by mass of this solvent, 100 parts by mass of the synthesized sulfide solid electrolyte and 1 part by mass of a dispersant (Solspersem ™ 21000, manufactured by Lubrizol) were added and mixed to obtain a solid electrolyte coating material.
[非水系溶媒の硫化物固体電解質耐性評価]
表1-1に示す各非水系溶媒を、アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、4Aモレキュラーシーブス(富士フィルム和光純薬株式会社製)で水分値が5ppm以下になるまで乾燥させた。次いで、各非水系溶媒9.0質量部に対して、1質量部の硫化物固体電解質Li6PS5Clを添加し、1週間室温で静置した。静置後、非水系溶媒を減圧濾過により分離し、減圧濾過機上で5ppm以下の脱水ヘプタンで洗浄することでケークを得た。得られたケークをグローブボックス内で150℃1時間加熱乾燥することで、溶媒処理を行ったLi6PS5Clを得た。
[Evaluation of sulfide solid electrolyte resistance to non-aqueous solvents]
Each non-aqueous solvent shown in Table 1-1 was dried in a glove box under an argon atmosphere with 4A molecular sieves (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) until the moisture value was 5 ppm or less. Next, 1 part by mass of sulfide solid electrolyte Li 6 PS 5 Cl was added to 9.0 parts by mass of each non-aqueous solvent, and allowed to stand at room temperature for one week. After standing, the non-aqueous solvent was separated by vacuum filtration and washed with 5 ppm or less dehydrated heptane on a vacuum filter to obtain a cake. The obtained cake was heated and dried at 150 ° C. for 1 hour in a glove box to obtain solvent-treated Li 6 PS 5 Cl.
得られたLi6PS5Cl 60mgを5mmφで364MPaにて押圧し、ペレットを作製し、Solatoron analyrical 1400(Solatoron analyrical社製)でイオン電導度を測定した。
なお、硫化物固体電解質を溶媒に浸漬せず測定した場合、2.40S/mであり、イオン電導度が一桁以上低下した場合、実使用が困難であると判断して「×」の判定とし、それ以外を実使用上問題なしとして「〇」とした。
イオン電導度の測定値、及び評価結果を表1-1に示す。
60 mg of the obtained Li 6 PS 5 Cl was pressed at 364 MPa with a diameter of 5 mm to prepare a pellet, and the ionic conductivity was measured with a Solatoron analytical 1400 (manufactured by Solatoron analytical Co., Ltd.).
When the sulfide solid electrolyte was measured without being immersed in a solvent, the ionic conductivity was 2.40 S/m. When the ionic conductivity decreased by one digit or more, it was judged that practical use was difficult and was judged as "X". Otherwise, it was judged that there was no problem in practical use and was judged as "O".
The measured ionic conductivity values and the evaluation results are shown in Table 1-1.
[ミリカン電荷の差の算出]
表1に示す各非水系溶媒が3級アルコールである場合に、水酸基における水素原子のミリカン電荷と酸素原子のミリカン電荷との差(ΔMulliken(O-H))、非水系溶媒が1級又は2級アミンである場合に、アミノ基における水素原子ミリカン電荷と窒素原子のミリカン電荷との差(ΔMulliken(N-H))をそれぞれ求めた。
非水系溶媒が1級アミンであり、窒素原子に隣接する水素原子が2つある場合には、2つの水素原子のミリカン電荷の平均値と窒素原子のミリカン電荷との差を、前記ミリカン電荷の差(ΔMulliken(N-H))とした。
ミリカン電荷として、Winmostar v11.1.2(株式会社クロスアビリティ製)を用いて、MOPAC7(ハミルトニアンはAM1)で計算して得られる原子上の電荷量を用いた。
ミリカン電荷の差を表1-1に示す。
また、表1-1で用いた非水系溶媒、及び製造会社名を表1-2に示す。
[Calculation of Millikan charge difference]
When each non-aqueous solvent shown in Table 1 was a tertiary alcohol, the difference between the Millikan charge of the hydrogen atom in the hydroxyl group and the Millikan charge of the oxygen atom (ΔMulliken(O-H)) was calculated. When the non-aqueous solvent was a primary or secondary amine, the difference between the Millikan charge of the hydrogen atom in the amino group and the Millikan charge of the nitrogen atom (ΔMulliken(N-H)) was calculated.
When the non-aqueous solvent is a primary amine and there are two hydrogen atoms adjacent to the nitrogen atom, the difference between the average value of the Millikan charges of the two hydrogen atoms and the Millikan charge of the nitrogen atom was taken as the Millikan charge difference (ΔMulliken(N-H)).
As the Millikan charge, the charge amount on the atom obtained by calculation with MOPAC7 (Hamiltonian is AM1) using Winmostar v11.1.2 (manufactured by CrossAbility Co., Ltd.) was used.
The Millikan charge differences are shown in Table 1-1.
The non-aqueous solvents used in Table 1-1 and the names of the manufacturers are shown in Table 1-2.
この結果、3級アルコール系溶媒ではΔMullikenが0.520に満たない場合、アミン系溶媒ではΔMullikenが0.470に満たない場合に、イオン電導度が大幅に減少し、したがって、硫化物固体電解質耐性を有しないため、実使用上困難となることが分かった。
一方で、3級アルコール系溶媒ではΔMullikenが0.520以上の場合、アミン系溶媒ではΔMullikenが0.470以上の場合に、イオン電導度の低減が抑制され、したがって、硫化物固体電解質耐性を有することが分かった。
As a result, it was found that when ΔMulliken is less than 0.520 in the case of a tertiary alcohol solvent, or when ΔMulliken is less than 0.470 in the case of an amine solvent, the ionic conductivity is significantly reduced, and therefore the sulfide solid electrolyte does not have resistance, making it difficult to use in practice.
On the other hand, it was found that when ΔMulliken is 0.520 or more in a tertiary alcohol solvent, and when ΔMulliken is 0.470 or more in an amine solvent, the decrease in ion conductivity is suppressed, and therefore the sulfide solid electrolyte is resistant.
(実施例1)
<樹脂絶縁層の作製>
<<液体組成物の調製>>
表2-1に示す通り、重合性化合物として50質量部のNKエステルA-400(新中村化学工業株式会社製)、非水系溶媒として50質量部のテトラヒドロリナロール(富士フィルム和光純薬株式会社製)、及び重合開始剤を混合し、実施例1の液体組成物を調製した。なお、重合開始剤として、重合性化合物の総量に対して1質量%(0.5質量部)の1-ベンゾイルシクロヘキサノール(東京化成工業株式会社製)を用いた。
なお、用いた重合性化合物、及び製造会社名を表2-2に示す。
Example 1
<Preparation of resin insulation layer>
<<Preparation of Liquid Composition>>
As shown in Table 2-1, 50 parts by mass of NK Ester A-400 (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) as a polymerizable compound, 50 parts by mass of tetrahydrolinalool (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a non-aqueous solvent, and a polymerization initiator were mixed to prepare a liquid composition of Example 1. Note that, as the polymerization initiator, 1% by mass (0.5 parts by mass) of 1-benzoylcyclohexanol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) relative to the total amount of the polymerizable compounds was used.
The polymerizable compounds used and the names of the manufacturers are shown in Table 2-2.
<<反り評価用の樹脂絶縁層の作製>>
アルミニウム箔基体(50mm×50mm、平均厚み:20μm)の片面全領域に、各液体組成物を、バーコータ―を用いて塗布した。次いで、塗布領域に対して紫外線照射(光源:UV-LED(Phoseon社製、商品名:FJ800)、波長:365nm、照射強度:30mW/cm2、照射時間:20s)し、硬化させた。次に、ホットプレートを用い、硬化物を120℃で1分間加熱することで溶媒を除去し、実施例1の樹脂絶縁層を得た。
<<Preparation of resin insulation layer for warpage evaluation>>
Each liquid composition was applied to the entire area of one side of an aluminum foil substrate (50 mm x 50 mm, average thickness: 20 μm) using a bar coater. The applied area was then irradiated with ultraviolet light (light source: UV-LED (Phoseon, product name: FJ800), wavelength: 365 nm, irradiation intensity: 30 mW/cm 2 , irradiation time: 20 s) to cure. Next, the cured product was heated at 120°C for 1 minute using a hot plate to remove the solvent, and a resin insulating layer of Example 1 was obtained.
[樹脂絶縁層の反り評価]
得られた樹脂絶縁層の4辺のうち1辺を水平面につけた状態で、他の辺のうち反り上がりの高さの最大値を反り評価値として測定し、以下の評価基準に基づき、反り評価を行った。結果を表2-1に示す。
-評価基準-
〇:反り評価値が3mm以下であり、良好である。
△:反り評価値が3mm超5mm以下であり、若干の反りはあるものの使用上の問題はない。
×:反り評価値が5mm超であり、反りが大きく使用上の問題がある。
[Evaluation of Warpage of Resin Insulation Layer]
With one of the four sides of the obtained resin insulation layer placed on a horizontal plane, the maximum height of the warpage among the other sides was measured as the warpage evaluation value, and the warpage was evaluated based on the following evaluation criteria. The results are shown in Table 2-1.
-Evaluation criteria-
A: The warpage evaluation value is 3 mm or less, which is good.
Δ: The warpage evaluation value is more than 3 mm and 5 mm or less, and although there is some warpage, it does not cause any problems in use.
×: The warpage evaluation value is more than 5 mm, and the warpage is large and problematic in use.
(実施例2~23、及び比較例1~4)
実施例1において、表2-1に示す配合に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2~23、及び比較例1~4の液体組成物、及び樹脂絶縁層をそれぞれ作製し、反り評価を行った。なお、重合開始剤として、重合性化合物の総量に対して1質量%の1-ベンゾイルシクロヘキサノールを用いた。結果を表2-1に示す。
(Examples 2 to 23 and Comparative Examples 1 to 4)
Except for changing the formulation in Example 1 to that shown in Table 2-1, the liquid compositions and resin insulating layers of Examples 2 to 23 and Comparative Examples 1 to 4 were prepared in the same manner as in Example 1, and warpage evaluation was performed. Note that 1% by mass of 1-benzoylcyclohexanol was used as the polymerization initiator relative to the total amount of the polymerizable compounds. The results are shown in Table 2-1.
以上の結果から、液体組成物が非水系溶媒を含有することで反りが少なく、使用上の問題ないレベル又は良好であることが分った。実施例15~17より、非水系溶媒の含有量の減少、又は重合性化合物の含有量の減少により反りは大きくなるが、使用上の問題ないレベルであった。一方、比較例1~4の通り、非水系溶媒を含まない場合、使用上問題があるレベルとなることが判明した。 These results show that the inclusion of a non-aqueous solvent in the liquid composition reduces warping, and that the warping is at a level that does not pose a problem in use or is good. Examples 15 to 17 show that a reduction in the content of the non-aqueous solvent or a reduction in the content of the polymerizable compound increases warping, but it is at a level that does not pose a problem in use. On the other hand, as shown in Comparative Examples 1 to 4, it was found that the absence of a non-aqueous solvent results in a level that poses a problem in use.
(実施例24)
以下の手順により、樹脂絶縁層を有する電極と、電極積層体と、電気化学素子としての全固体電池とを作製し、電池性能を評価した。
(Example 24)
An electrode having a resin insulating layer, an electrode laminate, and an all-solid-state battery as an electrochemical element were produced by the following procedures, and the battery performance was evaluated.
<活物質へのイオン電導性酸化物の表面被覆>
正極活物質としてニッケル系正極活物質(ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、以下、「NCM1」と称することがある。平均一次粒子径3.5μm、株式会社豊島製作所製)を用いた。NCM1粒子を表面被覆するイオン電導性酸化物としてはLiNbO3を用いた。LiNbO3層は、公知文献2「J.Mater.Chem.A. 2021, 9, 4117-4125」を参考に、リチウムとニオブを含有するアルコキシド溶液をNCM1粉末粒子表面で加水分解することにより形成した。まず、無水エタノール(関東化学株式会社製)中に金属リチウム(本城金属株式会社製)を溶解させ、リチウムエトキシドのエタノール溶液を調製した。さらに、この溶液にニオビウムペンタエトキサイド(Nb(OC2H5)5)(株式会社高純度化学研究所製)を加え、リチウムとニオブを含有するアルコキシド溶液とした。転動流動装置(MP-01、株式会社パウレック製)を用いてNCM1粉末を流動層とし、先のアルコキシド溶液を噴霧することでNCM1粉末粒子表面をアルコキシドで被覆した前駆体粉末を得た。この粉末をドライ空気雰囲気下350℃で加熱することによりNCM1表面にLiNbO3層を形成したLNO/NCM1を合成した。
<Surface coating of ion-conductive oxide on active material>
A nickel-based positive electrode active material (lithium nickel cobalt manganese oxide, hereinafter sometimes referred to as "NCM1"; average primary particle size 3.5 μm, manufactured by Toshima Manufacturing Co., Ltd.) was used as the positive electrode active material. LiNbO 3 was used as the ion conductive oxide for surface-coating the NCM1 particles. The LiNbO 3 layer was formed by hydrolyzing an alkoxide solution containing lithium and niobium on the surface of the NCM1 powder particles, with reference to the publicly known document 2 "J. Mater. Chem. A. 2021, 9, 4117-4125". First, metallic lithium (manufactured by Honjo Metals Co., Ltd.) was dissolved in anhydrous ethanol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) to prepare an ethanol solution of lithium ethoxide. Furthermore, niobium pentaethoxide (Nb(OC 2 H 5 ) 5 ) (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) was added to this solution to obtain an alkoxide solution containing lithium and niobium. The NCM1 powder was made into a fluidized bed using a rolling fluidizer (MP-01, manufactured by Powrex Corporation), and the alkoxide solution was sprayed onto the fluidized bed to obtain a precursor powder in which the surfaces of the NCM1 powder particles were coated with alkoxide. This powder was heated at 350°C in a dry air atmosphere to synthesize LNO/NCM1 in which a LiNbO3 layer was formed on the NCM1 surface.
<正極作製方法>
<正極>
正極活物質としてLNO/NMC1 45.3質量%、導電材としてアセチレンブラック2.2質量%(デンカブラック、デンカ株式会社製)、バインダとしてポリブチルメタクリレート(PBMA、アルドリッチ社製)1.4質量%、硫化物固体電解質 14.7質量%をアニソール(東京化成工業株式会社製)36.4質量%中に分散させて正極塗料を作製した。
この正極塗料を電極基体としてのアルミニウム箔基体(50mm×50mm、平均厚み:15μm)の片面に塗布後、乾燥させて20mm×20mmの正極合材層を形成し、正極合材層の周囲4辺に幅15cmの余白部分を有する、正極を得た。正極合材層の平均厚みは95μmであり、単位面積あたりの電池容量は2.91mAh/cm2であった。
<Method of producing positive electrode>
<Positive electrode>
A positive electrode coating material was prepared by dispersing 45.3 mass% of LNO/NMC1 as a positive electrode active material, 2.2 mass% of acetylene black (Denka Black, manufactured by Denka Co., Ltd.) as a conductive material, 1.4 mass% of polybutyl methacrylate (PBMA, manufactured by Aldrich Chemical Industries, Ltd.) as a binder, and 14.7 mass% of a sulfide solid electrolyte in 36.4 mass% of anisole (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.).
This positive electrode paint was applied to one side of an aluminum foil substrate (50 mm x 50 mm, average thickness: 15 μm) as an electrode substrate, and then dried to form a positive electrode composite layer of 20 mm x 20 mm, and a positive electrode having a margin of 15 cm on all four sides of the positive electrode composite layer was obtained. The average thickness of the positive electrode composite layer was 95 μm, and the battery capacity per unit area was 2.91 mAh / cm 2 .
<負極作製方法>
<負極>
電極基体としてのステンレス箔基体(50mm×50mm、平均厚み:20μm)上に平均厚み50μmのリチウム金属(本城金属株式会社製)貼り付け、さらに50μmのインジウム箔(株式会社ニラコ製)を貼り付け、25mm×25mmの負極とした。
<Method of producing negative electrode>
<Negative Electrode>
A lithium metal (manufactured by Honjo Metals Co., Ltd.) having an average thickness of 50 μm was attached to a stainless steel foil substrate (50 mm × 50 mm, average thickness: 20 μm) as an electrode substrate, and then an indium foil (manufactured by Nilaco Corporation) having a thickness of 50 μm was attached to the substrate to form a negative electrode having a size of 25 mm × 25 mm.
<電極の作製>
実施例1の液体組成物をインクジェットヘッド(MH5421F、リコーインダストリー株式会社製)搭載のインクジェット吐出装置に充填した。ステージに正極を設置し、正極合材層と樹脂絶縁層との距離dが0.5mmとなるように設定し、樹脂絶縁層の幅が10mmとなるよう吐出させて塗布した。
その後、直ちに、窒素雰囲気下において、塗布領域に対してUV照射(光源:UV-LED(Phoseon社製、商品名:FJ800)、波長:365nm、照射強度:30mW/cm2、照射時間:20s)し、硬化させた。次に、ホットプレートを用い、硬化物を120℃で1分間加熱することで溶媒を除去し、実施例24の電極を作製した(図1、図6参照)。
<Preparation of electrodes>
The liquid composition of Example 1 was filled into an inkjet discharge device equipped with an inkjet head (MH5421F, manufactured by Ricoh Industry Co., Ltd.) The positive electrode was placed on a stage, and the distance d between the positive electrode composite layer and the resin insulating layer was set to 0.5 mm. The liquid composition was discharged and applied so that the width of the resin insulating layer was 10 mm.
Immediately afterwards, the coated area was irradiated with UV light (light source: UV-LED (manufactured by Phoseon, product name: FJ800), wavelength: 365 nm, irradiation intensity: 30 mW/cm 2 , irradiation time: 20 s) in a nitrogen atmosphere to cure the coating. Next, the cured product was heated at 120° C. for 1 minute using a hot plate to remove the solvent, and the electrode of Example 24 was produced (see FIGS. 1 and 6 ).
このとき樹脂絶縁層の平均厚みは124μmであり、樹脂絶縁層の反りは0mmであった。
なお、前記樹脂絶縁層の反りは、得られた電極の4辺のうち1辺を水平面につけた状態で、電極における樹脂絶縁層の他の辺のうち反り上がりの高さの最大値を反り評価値として測定した。
At this time, the average thickness of the resin insulating layer was 124 μm, and the warping of the resin insulating layer was 0 mm.
The warpage of the resin insulating layer was measured with one of the four sides of the obtained electrode placed on a horizontal plane, and the maximum height of the warpage of the other sides of the resin insulating layer in the electrode was taken as the warpage evaluation value.
電極をアルミラミネートで封止した後、冷間静水等方圧プレス(CIP)で500MPa、5分間加圧した。加圧後、電極をアルミラミネートから取り出した。固体電解質層をバーコート法で正極上に塗布形成し、実施例24の電極積層体を得た(図2参照)。
塗布後、再度アルミラミネートで封止し、CIPで500MPa、5分間加圧した。電極と負極を対向させ、単電池層とし(図3参照)、それぞれ引き出し線を付けた後にラミネートで真空封止をして実施例24の電気化学素子としての全固体電池を作製した。
The electrode was sealed with an aluminum laminate, and then pressurized at 500 MPa for 5 minutes using a cold isostatic press (CIP). After pressing, the electrode was removed from the aluminum laminate. A solid electrolyte layer was applied onto the positive electrode by a bar coating method to obtain an electrode laminate of Example 24 (see FIG. 2).
After coating, the laminate was sealed again and pressurized by CIP at 500 MPa for 5 minutes. The electrode and the negative electrode were arranged to face each other to form a single cell layer (see FIG. 3 ). After the electrodes were each provided with a lead wire, the laminate was vacuum sealed to produce an all-solid-state battery as an electrochemical element of Example 24.
以下の手順により、作製した全固体電池の電池電圧を計測すると2.04Vであった。単位面積当たりの容量は、初回放電容量で141mAh/gであった。正極活物質の理論容量から算出される単位面積当りの容量の20%の電流値で3.6Vまで定電流充電が問題なくでき、短絡も見られなかった。 The battery voltage of the solid-state battery produced using the procedure below was measured and found to be 2.04 V. The capacity per unit area was 141 mAh/g at the initial discharge capacity. Constant-current charging up to 3.6 V was possible without any problems at a current value of 20% of the capacity per unit area calculated from the theoretical capacity of the positive electrode active material, and no short circuit was observed.
[電極の単位面積当たりの容量の測定方法]
電極の単位面積当たりの容量は、充放電測定装置(TOSCAT3001、東洋システム株式会社製)を用いて以下の手順により計測した。
まず、作製した電極を直径10mmの丸型に打ち抜いた。
次に、正極に硫化物固体電解質を含む電極は下記の方法で容量評価を実施した。
アルゴン雰囲気下にて正極を直径10mmの丸型電極の単位面積当たりの容量に打ち抜き加工した。
二極式セル(宝泉株式会社製)のポリエチレンテレフタレート(PET)管に80mgの固体電解質1を入れ、プレスピンを載せて、一軸プレス機(P-6、理研精機株式会社製)を用いて表示圧力10MPaで1分間成型した。
次に、直径10mmに打抜いた正極における正極合材層の表面と上記PET管内の固体電解質の表面に接触するように載せて、プレスピンをセットし、一軸プレス機(P-6、理研精機株式会社製)を用いて表示圧力30MPaで1分間成型した。
正極合材層をプレスした逆側に10μmのSUS箔に平均厚み50μmのリチウムを貼り付けたもの(本城金属株式会社製)の上に平均厚み50μmのインジウム(株式会社ニラコ製)を重ねた。そして、一軸プレス機(P-6、理研精機株式会社製)を用いて表示圧力12MPaで3秒間成型した。プレスピンを載せた状態でPET管を二極式セルの中に入れ、デジタルトルクラチェット(KTCツール)で表示圧力25N・mに密封した。
この電気化学素子を、室温(25℃)において、正極活物質の理論容量から算出される単位面積当りの容量の20%の電流値で3.6Vまで定電流充電した後、2.4Vまで定電流放電して初期充放電を実施した。更に、当該充放電を2回実施し、2回目の放電容量を、初期の正極の単位面積当たりの容量として計測した。
負極に関しても同様に負極活物質の理論容量から算出される単位面積当りの容量の20%の電流値で-0.55V~1.4Vの範囲で充放電を実施し、負極の単位面積当たりの容量を算出した。
[Method of measuring capacitance per unit area of electrode]
The capacity per unit area of the electrode was measured using a charge/discharge measuring device (TOSCAT3001, manufactured by Toyo Systems Co., Ltd.) according to the following procedure.
First, the prepared electrode was punched out into a circular shape having a diameter of 10 mm.
Next, the capacity of the electrode containing a sulfide solid electrolyte in the positive electrode was evaluated by the following method.
The positive electrode was punched out in an argon atmosphere to obtain a round electrode having a diameter of 10 mm and a capacity per unit area.
80 mg of solid electrolyte 1 was placed in a polyethylene terephthalate (PET) tube of a bipolar cell (manufactured by Hosen Co., Ltd.), a press pin was placed on it, and the solid electrolyte was molded for 1 minute at a nominal pressure of 10 MPa using a uniaxial press (P-6, manufactured by Riken Seiki Co., Ltd.).
Next, the surface of the positive electrode composite layer of the positive electrode punched to a diameter of 10 mm was placed in contact with the surface of the solid electrolyte in the PET tube, a press pin was set, and molding was performed for 1 minute at a nominal pressure of 30 MPa using a uniaxial press (P-6, manufactured by Riken Seiki Co., Ltd.).
On the opposite side of the pressed positive electrode composite layer, lithium of an average thickness of 50 μm was attached to a 10 μm SUS foil (manufactured by Honjo Metals Co., Ltd.) and indium of an average thickness of 50 μm (manufactured by Nilaco Co., Ltd.) was layered on top of the foil. Then, using a uniaxial press (P-6, manufactured by Riken Seiki Co., Ltd.), molding was performed for 3 seconds at a nominal pressure of 12 MPa. With the press pin placed on it, the PET tube was placed in the bipolar cell and sealed at a nominal pressure of 25 N m with a digital torque ratchet (KTC Tool).
This electrochemical element was initially charged and discharged at a constant current of 3.6 V at room temperature (25° C.) at a current value of 20% of the capacity per unit area calculated from the theoretical capacity of the positive electrode active material, and then discharged at a constant current of 2.4 V. This charge and discharge was then carried out twice, and the second discharge capacity was measured as the initial capacity per unit area of the positive electrode.
Similarly, the negative electrode was charged and discharged in the range of −0.55 V to 1.4 V at a current value that was 20% of the capacity per unit area calculated from the theoretical capacity of the negative electrode active material, and the capacity per unit area of the negative electrode was calculated.
(実施例25)
実施例5の液体組成物をインクジェットヘッド(MH5421F、リコーインダストリー株式会社製)搭載のインクジェット吐出装置に充填した。ステージに正極を設置し正極の外周部と樹脂絶縁層との距離dが0.5mmとなるように設定し、樹脂絶縁層の幅が10mmとなるよう吐出させて塗布した。樹脂絶縁層の平均厚みは113μmであり、樹脂絶縁層の反りは0mmであった(図1、図6参照)。
以下、実施例1と同様にして実施例25の電極と、電極積層体と、電気化学素子としての全固体電池とを作製した。
作製した全固体電池の電池電圧を計測すると2.09Vであった。その後、正極活物質の理論容量から算出される単位面積当りの容量の20%の電流値で3.6Vまで定電流充電が問題なくでき、短絡も見られなかった。
(Example 25)
The liquid composition of Example 5 was filled into an inkjet discharge device equipped with an inkjet head (MH5421F, manufactured by Ricoh Industry Co., Ltd.). A positive electrode was placed on a stage, and the distance d between the outer periphery of the positive electrode and the resin insulating layer was set to 0.5 mm. The resin insulating layer was discharged and applied to a width of 10 mm. The average thickness of the resin insulating layer was 113 μm, and the warpage of the resin insulating layer was 0 mm (see FIG. 1 and FIG. 6).
Thereafter, in the same manner as in Example 1, an electrode of Example 25, an electrode laminate, and an all-solid-state battery as an electrochemical element were produced.
The battery voltage of the fabricated all-solid-state battery was measured and found to be 2.09 V. Thereafter, constant-current charging was performed without any problems up to 3.6 V at a current value of 20% of the capacity per unit area calculated from the theoretical capacity of the positive electrode active material, and no short circuit was observed.
(実施例26)
実施例11の液体組成物をインクジェットヘッド(MH5421F、リコーインダストリー株式会社製)搭載のインクジェット吐出装置に充填した。ステージに正極を設置し、正極合材層と樹脂絶縁層との距離dが0.5mmとなるように設定し、樹脂絶縁層の幅が10mmとなるよう吐出させて塗布した。樹脂絶縁層の平均厚みは121μmであり、樹脂絶縁層の反りは0mmであった(図1、図6参照)。
以下、実施例1と同様にして実施例26の電極と、電極積層体と、電気化学素子としての全固体電池とを作製した。
作製した全固体電池の電池電圧を計測すると 2.09Vであった。その後、正極活物質の理論容量から算出される単位面積当りの容量の20%の電流値で3.6Vまで定電流充電が問題なくでき、短絡も見られなかった。
(Example 26)
The liquid composition of Example 11 was filled into an inkjet discharge device equipped with an inkjet head (MH5421F, manufactured by Ricoh Industry Co., Ltd.). The positive electrode was placed on a stage, and the distance d between the positive electrode composite layer and the resin insulating layer was set to 0.5 mm. The resin insulating layer was discharged and applied so that the width of the resin insulating layer was 10 mm. The average thickness of the resin insulating layer was 121 μm, and the warpage of the resin insulating layer was 0 mm (see FIG. 1 and FIG. 6).
Thereafter, in the same manner as in Example 1, an electrode of Example 26, an electrode laminate, and an all-solid-state battery as an electrochemical element were produced.
The battery voltage of the fabricated all-solid-state battery was measured and found to be 2.09 V. Thereafter, constant-current charging was performed without any problems up to 3.6 V at a current value of 20% of the capacity per unit area calculated from the theoretical capacity of the positive electrode active material, and no short circuit was observed.
(比較例5)
比較例1の液体組成物をインクジェットヘッド(MH5421F、リコーインダストリー株式会社製)搭載のインクジェット吐出装置に充填した。ステージに正極を設置し正極の外周部と樹脂絶縁層との距離dが0.5mmとなるように設定し、樹脂絶縁層の幅が10mmとなるよう吐出させて塗布した。樹脂絶縁層の平均厚みは112μmであり、樹脂絶縁層の反りは4mmであった。
以下、実施例1と同様にして比較例5の電極と、電極積層体と、電気化学素子としての全固体電池とを作製した。
(Comparative Example 5)
The liquid composition of Comparative Example 1 was filled into an inkjet discharge device equipped with an inkjet head (MH5421F, manufactured by Ricoh Industry Co., Ltd.). The positive electrode was placed on a stage, and the distance d between the outer periphery of the positive electrode and the resin insulating layer was set to 0.5 mm, and the resin insulating layer was discharged and applied to a width of 10 mm. The average thickness of the resin insulating layer was 112 μm, and the warp of the resin insulating layer was 4 mm.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, an electrode of Comparative Example 5, an electrode laminate, and an all-solid-state battery as an electrochemical element were produced.
作製した全固体電池の電池電圧を計測すると0.11Vであり、短絡傾向であった。その後、正極活物質の理論容量から算出される単位面積当りの容量の20%の電流値で3.6Vまで定電流充電すると3.6Vまで上昇しなかった。
加圧後、セルを解体したところ固体電解質層にクラックがみられていた。このため電圧が0V付近に低下してしまったと考えられる。
The battery voltage of the produced all-solid-state battery was measured and found to be 0.11 V, indicating a tendency to short circuit. Thereafter, when the battery was charged to 3.6 V at a constant current value of 20% of the capacity per unit area calculated from the theoretical capacity of the positive electrode active material, the battery did not rise to 3.6 V.
After applying pressure, the cell was disassembled and cracks were found in the solid electrolyte layer, which is thought to be the reason why the voltage dropped to around 0V.
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
<1> 下記一般式(1)で表される重合性化合物と、
下記一般式(2)で表される非水系溶媒と、を含む液体組成物であって、
前記一般式(2)のAが水酸基である場合の前記水酸基における水素原子と酸素原子のミリカン電荷の差が0.520以上であり、
前記一般式(2)のAがアミノ基である場合の前記アミノ基における水素原子と窒素原子のミリカン電荷の差が0.470以上であることを特徴とする液体組成物である。
<2> 前記R2及びR3は、それぞれ独立に、非環式炭化水素基である前記<1>に記載の液体組成物である。
<3> 前記<1>又は<2>に記載の液体組成物が容器中に収容されたことを特徴とする収容容器である。
<4> 前記<1>又は<2>に記載の液体組成物を重合してなることを特徴とする樹脂絶縁層である。
<5> 電極基体と、
前記電極基体上に電極合材層と、
前記電極合材層の外周部に、前記<4>に記載の樹脂絶縁層と、を有することを特徴とする電極である。
<6> 前記<5>に記載の電極と、
前記電極上に固体電解質層と、を有することを特徴とする電極積層体である。
<7> 前記<6>に記載の電極積層体を有することを特徴とする電気化学素子である。
<8> 前記<1>又は<2>に記載の液体組成物を、電極基体上の外周部に付与する付与工程と、
前記液体組成物に熱又は光を付与して重合させて樹脂絶縁層を形成する重合工程と、
前記電極基体上に電極合材層を形成する電極合材層形成工程と、を含み、
前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層が互いに隣接して形成されたことを特徴とする電極の製造方法である。
<9> 前記付与が、インクジェット法により実施される前記<8>に記載の電極の製造方法である。
<10> 前記<1>又は<2>に記載の液体組成物を、電極基体上の外周部に付与する付与工程と、
前記液体組成物に熱又は光を付与して重合させて樹脂絶縁層を形成する重合工程と、
前記電極基体上に電極合材層を形成する電極合材層形成工程と、
前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層をプレスするプレス工程と、
前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層上に硫化物固体電解質層を形成する固体電解質層形成工程と、を含み、
前記電極合材層形成工程が、前記付与工程の前、又は前記重合工程の後に実施され、
前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層が互いに隣接して形成されたことを特徴とする電極積層体の製造方法である。
<11> 前記<1>又は<2>に記載の液体組成物が収容された収容容器と、
前記液体組成物を、電極基体上の外周部に付与する付与手段と、
前記液体組成物に熱又は光を付与して重合させて樹脂絶縁層を形成する重合手段と、
前記電極基体上に電極合材層を形成する電極合材層形成手段と、
前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層を前記電極基体方向にプレスするプレス手段と、
前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層上に固体電解質層を形成する固体電解質層形成手段と、を有し、
前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層が互いに隣接して形成されたことを特徴とする電極積層体の製造装置である。
<12> 前記<10>に記載の電極積層体の製造方法により電極積層体を製造する電極積層体製造工程と、
前記電極積層体を用いて電気化学素子を製造する素子化工程と、を含むことを特徴とする電気化学素子の製造方法である。
<13> 前記<11>に記載の電極積層体の製造装置により電極積層体を製造する電極積層体製造手段と、
前記電極積層体を用いて電気化学素子を製造する素子化手段と、を有することを特徴とする電気化学素子の製造装置である。
For example, aspects of the present invention are as follows.
<1> A polymerizable compound represented by the following general formula (1),
A liquid composition comprising a non-aqueous solvent represented by the following general formula (2):
When A in the general formula (2) is a hydroxyl group, the difference in Millikan charge between a hydrogen atom and an oxygen atom in the hydroxyl group is 0.520 or more;
When A in the general formula (2) is an amino group, the difference in Millikan charge between the hydrogen atom and the nitrogen atom in the amino group is 0.470 or more.
<2> The liquid composition according to <1>, wherein R2 and R3 each independently represent a non-cyclic hydrocarbon group.
<3> A storage container, comprising the liquid composition according to <1> or <2> stored therein.
<4> A resin insulating layer obtained by polymerizing the liquid composition according to <1> or <2>.
<5> An electrode substrate;
an electrode mixture layer on the electrode substrate;
The electrode is characterized by having the resin insulating layer described in <4> on the outer periphery of the electrode mixture layer.
<6> The electrode according to <5>,
The electrode laminate is characterized by having a solid electrolyte layer on the electrode.
<7> An electrochemical device comprising the electrode laminate according to <6>.
<8> A step of applying the liquid composition according to <1> or <2> to an outer periphery of an electrode substrate;
a polymerization step of polymerizing the liquid composition by applying heat or light to form a resin insulating layer;
an electrode mixture layer forming step of forming an electrode mixture layer on the electrode substrate,
The electrode manufacturing method is characterized in that the electrode mixture layer and the resin insulating layer are formed adjacent to each other.
<9> The method for producing an electrode according to <8>, wherein the application is performed by an ink-jet method.
<10> An application step of applying the liquid composition according to <1> or <2> to an outer periphery of an electrode substrate;
a polymerization step of polymerizing the liquid composition by applying heat or light to form a resin insulating layer;
an electrode mixture layer forming step of forming an electrode mixture layer on the electrode substrate;
a pressing step of pressing the electrode mixture layer and the resin insulating layer;
and forming a solid electrolyte layer on the electrode mixture layer and the resin insulating layer,
The electrode mixture layer forming step is carried out before the application step or after the polymerization step,
The method for producing an electrode laminate is characterized in that the electrode mixture layer and the resin insulating layer are formed adjacent to each other.
<11> A container containing the liquid composition according to <1> or <2>,
an application means for applying the liquid composition to an outer periphery of an electrode substrate;
a polymerization means for polymerizing the liquid composition by applying heat or light to the liquid composition to form a resin insulating layer;
an electrode mixture layer forming means for forming an electrode mixture layer on the electrode substrate;
a pressing means for pressing the electrode mixture layer and the resin insulating layer in a direction toward the electrode substrate;
a solid electrolyte layer forming means for forming a solid electrolyte layer on the electrode mixture layer and the resin insulating layer,
The electrode mixture layer and the resin insulating layer are formed adjacent to each other.
<12> An electrode laminate manufacturing process for manufacturing an electrode laminate by the electrode laminate manufacturing process according to <10>;
and producing an electrochemical element using the electrode laminate.
<13> An electrode laminate manufacturing means for manufacturing an electrode laminate by the electrode laminate manufacturing apparatus according to <11>;
and an element forming means for producing an electrochemical element using the electrode laminate.
前記<1>から<2>のいずれかに記載の液体組成物、前記<3>に記載の収容容器、前記<4>に記載の樹脂絶縁層、前記<5>に記載の電極、前記<6>に記載の電極積層体、前記<7>に記載の電気化学素子、前記<8>から<9>のいずれかに記載の電極の製造方法、前記<10>に記載の電極積層体の製造方法、前記<11>に記載の電極積層体の製造装置、前記<12>に記載の電気化学素子の製造方法、前記<13>に記載の電気化学素子の製造装置は、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。 The liquid composition described in any one of <1> to <2>, the container described in <3>, the resin insulating layer described in <4>, the electrode described in <5>, the electrode laminate described in <6>, the electrochemical element described in <7>, the method for manufacturing an electrode described in any one of <8> to <9>, the method for manufacturing an electrode laminate described in <10>, the manufacturing apparatus for an electrode laminate described in <11>, the method for manufacturing an electrochemical element described in <12>, and the manufacturing apparatus for an electrochemical element described in <13> can solve the above-mentioned problems in the past and achieve the object of the present invention.
1a:印刷装置
1b:インク容器
1c:インク供給チューブ
2a:光照射装置
2b:重合不活性気体循環装置
3a:加熱装置
4:印刷基材
5:搬送部
6:多孔質樹脂前駆体(樹脂絶縁層前駆体)
7:ガイド部材
10:樹脂絶縁層
20:第1の電極合材層
21:第1の電極基体
25:電極
35:電極積層体
40:第2の電極合材層
41:第2の電極基体
45:電気化学素子
100:印刷部
200:重合部
300:除去部
500:樹脂絶縁層の製造装置
d:樹脂絶縁層と電極合材層の距離
1a: Printing device 1b: Ink container 1c: Ink supply tube 2a: Light irradiation device 2b: Polymerizable inert gas circulation device 3a: Heating device 4: Printing substrate 5: Transport section 6: Porous resin precursor (resin insulating layer precursor)
7: Guide member 10: Resin insulating layer 20: First electrode mixture layer 21: First electrode substrate 25: Electrode 35: Electrode laminate 40: Second electrode mixture layer 41: Second electrode substrate 45: Electrochemical element 100: Printing section 200: Polymerization section 300: Removal section 500: Manufacturing device for resin insulating layer d: Distance between resin insulating layer and electrode mixture layer
Claims (13)
下記一般式(2)で表される非水系溶媒と、を含む液体組成物であって、
前記一般式(2)のAが水酸基である場合の前記水酸基における水素原子と酸素原子のミリカン電荷の差が0.520以上であり、
前記一般式(2)のAがアミノ基である場合の前記アミノ基における水素原子と窒素原子のミリカン電荷の差が0.470以上であることを特徴とする液体組成物。
A liquid composition comprising a non-aqueous solvent represented by the following general formula (2):
When A in the general formula (2) is a hydroxyl group, the difference in Millikan charge between a hydrogen atom and an oxygen atom in the hydroxyl group is 0.520 or more;
A liquid composition characterized in that, when A in the general formula (2) is an amino group, the difference in Millikan charge between a hydrogen atom and a nitrogen atom in the amino group is 0.470 or more.
前記電極基体上に電極合材層と、
前記電極合材層の外周部に、請求項4に記載の樹脂絶縁層と、を有することを特徴とする電極。 An electrode substrate;
an electrode mixture layer on the electrode substrate;
An electrode comprising the resin insulating layer according to claim 4 on an outer periphery of the electrode mixture layer.
前記電極上に固体電解質層と、を有することを特徴とする電極積層体。 The electrode according to claim 5 ;
and a solid electrolyte layer on the electrode.
前記液体組成物に熱又は光を付与して重合させて樹脂絶縁層を形成する重合工程と、
前記電極基体上に電極合材層を形成する電極合材層形成工程と、を含み、
前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層が互いに隣接して形成されたことを特徴とする電極の製造方法。 An application step of applying the liquid composition according to claim 1 or 2 to an outer periphery of an electrode substrate;
a polymerization step of polymerizing the liquid composition by applying heat or light to form a resin insulating layer;
an electrode mixture layer forming step of forming an electrode mixture layer on the electrode substrate,
The electrode manufacturing method according to the present invention is characterized in that the electrode mixture layer and the resin insulating layer are formed adjacent to each other.
前記液体組成物に熱又は光を付与して重合させて樹脂絶縁層を形成する重合工程と、
前記電極基体上に電極合材層を形成する電極合材層形成工程と、
前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層をプレスするプレス工程と、
前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層上に硫化物固体電解質層を形成する固体電解質層形成工程と、を含み、
前記電極合材層形成工程が、前記付与工程の前、又は前記重合工程の後に実施され、
前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層が互いに隣接して形成されたことを特徴とする電極積層体の製造方法。 An application step of applying the liquid composition according to claim 1 or 2 to an outer periphery of an electrode substrate;
a polymerization step of polymerizing the liquid composition by applying heat or light to form a resin insulating layer;
an electrode mixture layer forming step of forming an electrode mixture layer on the electrode substrate;
a pressing step of pressing the electrode mixture layer and the resin insulating layer;
and forming a solid electrolyte layer on the electrode mixture layer and the resin insulating layer,
The electrode mixture layer forming step is carried out before the application step or after the polymerization step,
A method for producing an electrode laminate, characterized in that the electrode mixture layer and the resin insulating layer are formed adjacent to each other.
前記液体組成物を、電極基体上の外周部に付与する付与手段と、
前記液体組成物に熱又は光を付与して重合させて樹脂絶縁層を形成する重合手段と、
前記電極基体上に電極合材層を形成する電極合材層形成手段と、
前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層を前記電極基体方向にプレスするプレス手段と、
前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層上に固体電解質層を形成する固体電解質層形成手段と、を有し、
前記電極合材層及び前記樹脂絶縁層が互いに隣接して形成されたことを特徴とする電極積層体の製造装置。 A container containing the liquid composition according to claim 1 or 2;
an application means for applying the liquid composition to an outer periphery of an electrode substrate;
a polymerization means for polymerizing the liquid composition by applying heat or light to the liquid composition to form a resin insulating layer;
an electrode mixture layer forming means for forming an electrode mixture layer on the electrode substrate;
a pressing means for pressing the electrode mixture layer and the resin insulating layer in a direction toward the electrode substrate;
a solid electrolyte layer forming means for forming a solid electrolyte layer on the electrode mixture layer and the resin insulating layer,
An apparatus for manufacturing an electrode laminate, wherein the electrode mixture layer and the resin insulating layer are formed adjacent to each other.
前記電極積層体を用いて電気化学素子を製造する素子化工程と、を含むことを特徴とする電気化学素子の製造方法。 An electrode laminate manufacturing process for manufacturing an electrode laminate by the electrode laminate manufacturing process according to claim 10;
and producing an electrochemical element using the electrode laminate.
前記電極積層体を用いて電気化学素子を製造する素子化手段と、を有することを特徴とする電気化学素子の製造装置。
an electrode laminate manufacturing means for manufacturing an electrode laminate by the electrode laminate manufacturing apparatus according to claim 11;
and an element forming means for producing an electrochemical element using the electrode laminate.
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