JP3785407B2 - Electrode composite particle manufacturing method, electrode manufacturing method and electrochemical element manufacturing method, and electrode composite particle manufacturing apparatus, electrode manufacturing apparatus and electrochemical element manufacturing apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method of composite particles for an electrode which can fully reduce irreversible capacitance. <P>SOLUTION: The production method of the composite particles for the electrode includes a plasma treatment process for obtaining particles made of electrode active materials having electron conductivity by applying high frequency thermal plasma treatment to a raw material made of a carbonaceous material; and a granulation process for forming the composite particles for the electrode including an electrode active material, a conductive assistant, and a binder by integrating particles made of the electrode active materials obtained after the plasma treatment, the conductive assistant, and the binder which can bind the electrode active materials and the conductive assistant while sticking them to each other. The granulation process is performed in an inert gas atmosphere. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&amp;NCIPI

Description

本発明は、1次電池、2次電池(特に、リチウムイオン2次電池)、電気分解セル、キャパシタ(特に、電気化学キャパシタ)等の電気化学素子に使用可能な電極の構成材料となる電極用複合粒子の製造方法、これにより得られる電極用複合粒子を使用して形成される電極の製造方法及び上記電極を備えた電気化学素子の製造方法に関する。また、本発明は、上記の各製造方法に基づく機構を備える電極用複合粒子製造装置、電極製造装置及び電気化学素子製造装置に関する。   The present invention is for an electrode that is a constituent material of an electrode that can be used for an electrochemical element such as a primary battery, a secondary battery (especially a lithium ion secondary battery), an electrolytic cell, and a capacitor (especially an electrochemical capacitor). The present invention relates to a method for producing composite particles, a method for producing electrodes formed using the composite particles for electrodes obtained thereby, and a method for producing an electrochemical device provided with the electrodes. Moreover, this invention relates to the composite particle manufacturing apparatus for electrodes provided with the mechanism based on said each manufacturing method, an electrode manufacturing apparatus, and an electrochemical element manufacturing apparatus.

近年の携帯機器の発展には目覚しいものがあり、その大きな原動力としては、これらの機器の電源として広く採用されているリチウムイオン2次電池をはじめとする高エネルギー電池の発展が挙げられる。上記高エネルギー電池は、主として、カソードと、アノードと、カソードとアノードとの間に配置される電解質層(例えば、液状電解質又は固体電解質からなる層)とから構成されている。   The development of portable devices in recent years is remarkable, and the major driving force is the development of high energy batteries such as lithium ion secondary batteries widely used as the power source of these devices. The high energy battery is mainly composed of a cathode, an anode, and an electrolyte layer (for example, a layer made of a liquid electrolyte or a solid electrolyte) disposed between the cathode and the anode.

そして、リチウムイオン2次電池をはじめとする高エネルギー電池、及び、電気二重層キャパシタをはじめとする電気化学キャパシタ等の電気化学素子は、携帯機器等の電気化学素子が設置されるべき機器の今後の発展に対応すべく特性の更なる向上を目指して様々な研究開発が進められている。   Electrochemical elements such as high energy batteries such as lithium ion secondary batteries and electrochemical capacitors such as electric double layer capacitors are the future of devices such as portable devices where electrochemical elements should be installed. Various research and development are being carried out with the aim of further improving the characteristics in order to respond to the development of this.

このリチウムイオン二次電池の高性能化を図る上では、電極材料の選択が重要である。アノードの構成材料である炭素材料は多様性に富んでおり、高結晶性の黒鉛から高分子を炭化したものまで、様々な炭素材料が検討されている。   In order to improve the performance of the lithium ion secondary battery, the selection of the electrode material is important. The carbon material which is a constituent material of the anode is rich in variety, and various carbon materials have been studied from highly crystalline graphite to carbonized polymer.

電池の充放電電位、可逆容量、サイクル特性といった電気化学特性は、アノード活物質(負極活物質)として用いられる炭素材料の結晶化度(黒鉛化度)、表面形態、内部構造、表面化学組成などに強く依存する。また、アノード活物質に炭素材料を用いたリチウムイオン二次電池では、初回の充電時にアノード活物質表面上に形成されるSEI(Solid Electrolyte Interface)による特性への影響が大きい。SEIは、アノード活物質と電解液との反応によって生成し、いったんSEIが形成されるとそれ以上の反応が抑制されるため、黒鉛の層間へのリチウム挿入が可能となる。しかし、SEIは、不可逆容量を生む原因の一つでもある。また、電池の安全性に関わる熱安定性は、SEIの安定性に左右される。SEIは、アノード活物質と電解液との反応により形成されるという機構上、カルボキシ基やカルボニル基などの含酸素官能基の炭素粒子表面における量や、炭素粒子の表面結晶性といった炭素材料の表面構造の影響を大きく受ける。   Electrochemical characteristics such as charge / discharge potential, reversible capacity, and cycle characteristics of the battery include crystallinity (graphitization degree), surface morphology, internal structure, surface chemical composition, etc. of the carbon material used as the anode active material (negative electrode active material). Strongly depends on. In addition, in a lithium ion secondary battery using a carbon material as the anode active material, the effect on the characteristics due to SEI (Solid Electrolyte Interface) formed on the surface of the anode active material during the first charge is large. SEI is generated by the reaction between the anode active material and the electrolytic solution, and once SEI is formed, further reaction is suppressed, so that lithium can be inserted between the graphite layers. However, SEI is one of the causes of irreversible capacity. In addition, the thermal stability related to the safety of the battery depends on the stability of SEI. Since SEI is formed by the reaction between the anode active material and the electrolyte, the surface of the carbon material such as the amount of oxygen-containing functional groups such as carboxy groups and carbonyl groups on the carbon particle surface, and the surface crystallinity of the carbon particles. Largely affected by structure.

そして、このような問題点を解決し、良好な電極特性及び電池特性を得ること、特に、不可逆容量を低減することを意図した、電極活物質となる炭素材料(賦活処理後のもの,活性炭等)に熱プラズマ処理を施し、該炭素材料の表面を清浄化する技術が提案されている(例えば、下記特許文献1及び特許文献2参照)。   And, to solve such problems, to obtain good electrode characteristics and battery characteristics, particularly to reduce the irreversible capacity, a carbon material that becomes an electrode active material (after activated treatment, activated carbon, etc. ) Is subjected to thermal plasma treatment to clean the surface of the carbon material (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 below).

詳細なメカニズムについては解明されていないが、一般に、電気化学キャパシタの可逆容量、耐電圧特性、サイクル特性、高温保存時の安定性といった電気化学特性は、電極活物質となる炭素材料からなる粒子の結晶化度(黒鉛化度)、表面形態、内部構造、表面化学組成、吸着水分量などに大きな影響を受けることが知られている。また、炭素材料の粒子表面における、カルボキシ基やカルボニル基などの含酸素官能基の量も上記の電気化学特性に大きな影響を与えることが知られている。   Although the detailed mechanism has not been elucidated, in general, electrochemical characteristics such as reversible capacity, withstand voltage characteristics, cycle characteristics, and stability at high temperature storage of an electrochemical capacitor are the same as those of particles made of a carbon material as an electrode active material. It is known that the crystallinity (graphitization degree), surface morphology, internal structure, surface chemical composition, adsorbed water amount, etc. are greatly affected. It is also known that the amount of oxygen-containing functional groups such as carboxy groups and carbonyl groups on the surface of the carbon material particles has a great influence on the electrochemical characteristics.

上記技術は、熱プラズマ処理により、電極活物質となる炭素材料の表面を清浄化するとともに、その表面の物理的状態及び化学的状態を十分な電気化学的特性を得るために適した状態とすることを意図したものである。   The above technology cleans the surface of the carbon material that becomes the electrode active material by thermal plasma treatment, and makes the physical and chemical state of the surface suitable for obtaining sufficient electrochemical characteristics. It is intended.

また、正極活物質(カソードの活物質)、導電剤(導電助剤)、結着剤及び溶媒からなる、固形分20〜50重量%、該固形分の平均粒径10μm以下のスラリーを調製し、該スラリーを噴霧乾燥方式(spray drying)で造粒することにより、放電特性及び生産性等の特性の更なる向上を意図した有機電解液電池用正極合剤の製造方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
特開平10−92432号公報 特開2000−223121号公報 特開2000−40504号公報
Also, a slurry comprising a positive electrode active material (cathode active material), a conductive agent (conductive auxiliary agent), a binder and a solvent and having a solid content of 20 to 50% by weight and an average particle size of 10 μm or less is prepared. In addition, a method for producing a positive electrode mixture for an organic electrolyte battery intended to further improve characteristics such as discharge characteristics and productivity by granulating the slurry by spray drying (spray drying) has been proposed ( For example, see Patent Document 3).
JP-A-10-92432 JP 2000-223121 A JP 2000-40504 A

しかしながら、上述の特許文献1及び2に示されているような、熱プラズマ処理を施した炭素材料を構成材料として含む電極及びそれを用いた電池であっても、未だ十分な電極特性及び電池特性が得られておらず、更なる改善の余地を有していた。   However, even with an electrode including a carbon material subjected to thermal plasma treatment as a constituent material and a battery using the same as disclosed in Patent Documents 1 and 2 described above, sufficient electrode characteristics and battery characteristics are still present. Was not obtained, and there was room for further improvement.

また、上述の特許文献3に記載されているリチウム2次電池用正極を使用したリチウム2次電池であっても、未だ十分な電極特性及び電池特性が得られておらず、更なる改善の余地を有していた。   Further, even in the lithium secondary battery using the positive electrode for a lithium secondary battery described in Patent Document 3 described above, sufficient electrode characteristics and battery characteristics have not yet been obtained, and there is room for further improvement. Had.

また、上記のリチウムイオン2次電池の他の種類の1次電池及び2次電池においても、上述と同様の問題があった。   Also, other types of primary batteries and secondary batteries of the above-described lithium ion secondary battery have the same problems as described above.

更に、電池における電極活物質のかわりに電子伝導性の材料(炭素材料又は金属酸化物)を電極活物質として用い、これと導電助剤及び結着剤を少なくとも製造した電極を有する電気分解セル、及び、キャパシタ(例えば、電気二重層キャパシタをはじめとする電気化学キャパシタ)においても、上述と同様の問題があった。   Furthermore, instead of the electrode active material in the battery, an electroconductive cell having an electrode in which an electron conductive material (carbon material or metal oxide) is used as the electrode active material, and at least a conductive additive and a binder, Also, capacitors (for example, electrochemical capacitors including electric double layer capacitors) have the same problems as described above.

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、不可逆容量を十分に低減することが可能な電極用複合粒子の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、不可逆容量を十分に低減することが可能な電極の製造方法を提供することを目的とする。更に、本発明は、不可逆容量が十分に低減され、十分な可逆容量及び充放電効率(特に初回充放電効率)を得ることが可能な電気化学素子の製造方法を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the subject which the said prior art has, and aims at providing the manufacturing method of the composite particle for electrodes which can fully reduce an irreversible capacity | capacitance. Moreover, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the electrode which can fully reduce an irreversible capacity | capacitance. Furthermore, an object of the present invention is to provide a method for producing an electrochemical device in which the irreversible capacity is sufficiently reduced and sufficient reversible capacity and charge / discharge efficiency (particularly, initial charge / discharge efficiency) can be obtained.

また、本発明は、不可逆容量を十分に低減することが可能な電極用複合粒子を容易かつ確実に製造可能な電極用複合粒子製造装置を提供することを目的とする。更に、本発明は、不可逆容量を十分に低減することが可能な電極を容易かつ確実に製造可能な電極製造装置を提供することを目的とする。更に、本発明は、不可逆容量が十分に低減され、十分な可逆容量及び充放電効率(特に初回充放電効率)を得ることが可能な電気化学素子を容易かつ確実に製造可能な電気化学素子製造装置を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide an electrode composite particle manufacturing apparatus that can easily and reliably manufacture electrode composite particles capable of sufficiently reducing the irreversible capacity. Furthermore, an object of the present invention is to provide an electrode manufacturing apparatus capable of easily and reliably manufacturing an electrode capable of sufficiently reducing the irreversible capacity. Furthermore, the present invention provides an electrochemical element manufacturing that can easily and reliably manufacture an electrochemical element that has a sufficiently reduced irreversible capacity and can obtain a sufficient reversible capacity and charge / discharge efficiency (especially initial charge / discharge efficiency). An object is to provide an apparatus.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、熱プラズマ処理を用いる電極及びこれを備える電気化学素子を製造する技術で製造した電極及び電気化学素子であっても十分な電気化学特性が得られないのは、プラズマ処理後の電極の製造及び電気化学素子の製造の工程において、表面を清浄化された炭素材料が、大気中などの水分及び酸素を含む雰囲気中に曝されてしまうことが、大きな原因の一つとなっていることを見出した。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention have sufficient electrodes and electrochemical elements manufactured by a technique for manufacturing an electrode using thermal plasma treatment and an electrochemical element equipped with the electrode. Electrochemical properties are not obtained because the surface-cleaned carbon material is exposed to an atmosphere containing moisture and oxygen, such as in the atmosphere, in the process of manufacturing the electrode after plasma treatment and manufacturing the electrochemical element. It has been found that this is one of the major causes.

すなわち、熱プラズマ処理を用いる従来技術においては、表面を清浄化された炭素材料は、熱プラズマ処理後において、大気中などの水分及び酸素を含む雰囲気中に曝される。そのため、プラズマ処理後の炭素材料の清浄化された表面に再び水分が付着したり、該表面で酸素との反応が進行して表面に先に述べた酸素含有官能基が結合するため、これらの影響によりプラズマ処理による電気化学特性の向上が期待されるほど十分に得られていないことを本発明者らは見出した。   That is, in the prior art using thermal plasma treatment, the carbon material whose surface has been cleaned is exposed to an atmosphere containing moisture and oxygen, such as the atmosphere, after the thermal plasma treatment. Therefore, moisture adheres again to the cleaned surface of the carbon material after the plasma treatment, or the reaction with oxygen proceeds on the surface and the oxygen-containing functional groups described above are bonded to the surface. The present inventors have found that the electrochemical characteristics due to the plasma treatment are not sufficiently improved due to the influence.

例えば、電極中の炭素材料に水分が付着している場合には、電気化学素子に電圧印加した際にこの水が容易に分解し、不可逆容量の発生要因となりサイクル特性が低下する。更に、電極中において、水の分解により発生するガスが存在するか或いは水が水蒸気として存在することにより十分な電気二重層が形成できず容量が低下する。更に、水分(液体又は固体)が付着していると電極のインピーダンスが増加して、サイクル特性が低下する。また、電極中の微量の水分により、特に高温(45℃以上)における非水電解質溶液の分解反応が促進されるため、特に高温(45℃以上)保存時における安定性が低下する。更に、酸素含有官能基が存在すると、十分な電気二重層が形成できず容量が低下する。   For example, when water is attached to the carbon material in the electrode, when water is applied to the electrochemical element, the water is easily decomposed, causing irreversible capacity to be generated, and cycle characteristics are deteriorated. Furthermore, in the electrode, there is a gas generated by the decomposition of water, or water exists as water vapor, so that a sufficient electric double layer cannot be formed and the capacity is reduced. Furthermore, if moisture (liquid or solid) is attached, the impedance of the electrode increases and the cycle characteristics deteriorate. Moreover, since the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte solution at a high temperature (45 ° C. or higher) is promoted by a very small amount of water in the electrode, the stability during storage at a high temperature (45 ° C. or higher) is particularly lowered. Furthermore, when an oxygen-containing functional group is present, a sufficient electric double layer cannot be formed and the capacity is lowered.

例えば、本発明者らは、高周波熱プラズマ処理が施された炭素材料のうち大気中(温度:25℃、相対湿度:45%)に2時間放置したものについて、昇温脱離質量分析計(TDS)により測定を行ったところ、水酸基に由来するガスが炭素材料表面から大量に発生することを確認した。   For example, the inventors of a carbon material that has been subjected to high-frequency thermal plasma treatment that has been left in the atmosphere (temperature: 25 ° C., relative humidity: 45%) for 2 hours has a temperature-programmed desorption mass spectrometer ( As a result of measurement by TDS), it was confirmed that a large amount of gas derived from a hydroxyl group was generated from the surface of the carbon material.

そして、本発明者らは、更に検討を重ねた結果、プラズマ処理後の電極製造及び電気化学素子製造の全工程を不活性ガス雰囲気中で行なうことが上述の目的達成のために極めて有効であることを見出した。   As a result of further investigations, the present inventors have found that it is extremely effective for accomplishing the above-mentioned purpose to perform all steps of electrode production after plasma treatment and electrochemical device production in an inert gas atmosphere. I found out.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、従来の電極形成方法では、電極形成の際に先に述べた電極活物質、導電助剤及び結着剤を少なくとも含む塗布液(スラリー)又は混練物を用いる方法を採用しているため、得られる電極の活物質含有層中の電極活物質、導電助剤及び結着剤の分散状態が効果的な導電ネットワークを構築できていない状態、例えば、この分散状態が不均一となっていることが上述の問題の発生に対して大きな影響を及ぼしていることを見出した。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that in the conventional electrode forming method, at least the electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder described above are applied at the time of electrode formation. Since a method using a liquid (slurry) or a kneaded product is employed, a conductive network in which the electrode active material, conductive additive and binder are dispersed in the active material-containing layer of the resulting electrode can be constructed. It has been found that a state in which the dispersion is not performed, for example, the dispersion state is not uniform, has a great influence on the occurrence of the above-described problem.

また、本発明者らは、電極活物質、導電助剤及び結着剤を構成材料として少なくとも含む複合粒子であって、電極活物質、導電助剤及び結着剤が十分に分散した状態の複合粒子を電極として採用することが、上記目的を達成する上で極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。   The present inventors also provide composite particles containing at least an electrode active material, a conductive assistant and a binder as constituent materials, wherein the electrode active material, the conductive assistant and the binder are sufficiently dispersed. The inventors have found that adopting particles as an electrode is extremely effective in achieving the above object, and have reached the present invention.

すなわち、本発明は、プラズマガス雰囲気中において、炭素質材料からなる原料に対して高周波熱プラズマ処理を施すことにより電子伝導性を有する電極活物質からなる粒子を得るプラズマ処理工程と、
プラズマ処理工程後に得られる電極活物質からなる粒子に対し、導電助剤と、電極活物質と導電助剤とを結着させることが可能な結着剤とを密着させて一体化することにより、電極活物質と、導電助剤と、結着剤とを含む電極用複合粒子を形成する造粒工程と、
を有しており、
造粒工程を不活性ガス雰囲気中で行うこと、
を特徴とする電極用複合粒子の製造方法を提供する。
That is, the present invention provides a plasma treatment step of obtaining particles made of an electrode active material having electron conductivity by subjecting a raw material made of a carbonaceous material to a high-frequency thermal plasma treatment in a plasma gas atmosphere,
By adhering and integrating the conductive assistant and the binder capable of binding the electrode active material and the conductive assistant to the particles made of the electrode active material obtained after the plasma treatment step, A granulation step of forming composite particles for an electrode comprising an electrode active material, a conductive additive, and a binder;
Have
Performing the granulation process in an inert gas atmosphere;
The manufacturing method of the composite particle for electrodes characterized by these is provided.

ここで本発明において、「不活性ガス」とは、希ガス及び窒素ガスを示す。また、「不活性ガス雰囲気」とは、不活性ガスの割合が99.9%以上、好ましくは99.9%以上でありかつ、相対湿度が0.5%(露点温度で約−40℃)以下、好ましくは0.04%(露点温度で約−60℃)以下であり、酸素の割合が10ppm以下、好ましくは1ppm以下である雰囲気を示す。更に、造粒工程における「不活性ガス雰囲気」は、造粒工程後の製造工程をドライルーム又はグローブボックス等の「不活性ガス雰囲気形成手段」を用いて行なうことにより実現することができる。   Here, in the present invention, “inert gas” refers to a rare gas and a nitrogen gas. The “inert gas atmosphere” means that the ratio of the inert gas is 99.9% or more, preferably 99.9% or more, and the relative humidity is 0.5% (dew point temperature is about −40 ° C.). Hereinafter, the atmosphere is preferably 0.04% or less (dew point temperature of about −60 ° C.) or less, and the oxygen ratio is 10 ppm or less, preferably 1 ppm or less. Furthermore, the “inert gas atmosphere” in the granulation step can be realized by performing the manufacturing step after the granulation step using “inert gas atmosphere forming means” such as a dry room or a glove box.

上述のように、本発明の電極用複合粒子の製造方法によれば、造粒工程後の製造工程を不活性ガス雰囲気中で行なうことにより、プラズマ処理により得られる電極活物質である炭素材料の表面を清浄化するとともに、その表面の物理的状態及び化学的状態を十分な電気化学的特性を得るために適した状態を保持することができる。   As described above, according to the method for producing composite particles for an electrode of the present invention, the carbon material which is an electrode active material obtained by plasma treatment is obtained by performing the production process after the granulation process in an inert gas atmosphere. The surface can be cleaned and the physical and chemical state of the surface can be maintained in a state suitable for obtaining sufficient electrochemical properties.

そして、本発明の電極用炭素材料は、このような高周波熱プラズマ処理が施されているため、材料表面近傍が乱層構造化しており、且つ、材料表面に存在していた微量の酸素や水素を除去して表面が改質される。特に、本発明においては、上記プラズマ処理をプラズマガス雰囲気中で行うため、SEIの生成反応を良好なものとし、且つ、SEIの安定性を向上させることができる。そして、SEI生成時に生じる不可逆容量を十分に低減することができできる。   Since the carbon material for an electrode of the present invention is subjected to such a high-frequency thermal plasma treatment, the vicinity of the material surface has a turbulent structure, and a small amount of oxygen or hydrogen present on the material surface is present. Is removed to modify the surface. In particular, in the present invention, since the plasma treatment is performed in a plasma gas atmosphere, the SEI generation reaction can be improved and the stability of SEI can be improved. And the irreversible capacity | capacitance produced at the time of SEI production | generation can fully be reduced.

そのため、上記の観点から、この炭素材料を用いて形成された電極用複合粒子を構成材料として用いることにより、十分な電気化学的特性を得ることのできる電極及び電気化学素子を得ることができる。特に、電極及び電気化学素子の可逆容量及び充放電効率(初回充放電効率)を向上させることができる。   Therefore, from the above viewpoint, an electrode and an electrochemical element capable of obtaining sufficient electrochemical characteristics can be obtained by using the composite particles for an electrode formed using this carbon material as a constituent material. In particular, the reversible capacity and charge / discharge efficiency (initial charge / discharge efficiency) of the electrode and the electrochemical device can be improved.

ここで、「高周波熱プラズマ」は、中圧(10〜70kPa程度)から1気圧において発生するプラズマであり、通常の低圧プラズマと異なり熱平衡に近いプラズマが得られるため、単にプラズマ等で局所的な反応を行うだけでなく、系に存在する物質まで高温にすることができる。したがって、高周波熱プラズマにより高温相の生成及び表面改質の両方が可能になる。具体的な現象としては、例えばプラズマガスにN2を用いたときの表面の窒素化、H2を用いたときの表面の水素化、あるいは原子レベルでの物理的破壊、あるいは粒子表面のクリーニング等が考えられる。 Here, “high-frequency thermal plasma” is plasma generated from medium pressure (about 10 to 70 kPa) to 1 atm. Unlike normal low-pressure plasma, plasma close to thermal equilibrium can be obtained. Not only can the reaction be carried out, but also the materials present in the system can be raised to high temperatures. Therefore, both the generation of the high temperature phase and the surface modification are enabled by the high frequency thermal plasma. Specific phenomena include, for example, surface nitrogenation when N 2 is used as the plasma gas, surface hydrogenation when H 2 is used, physical destruction at the atomic level, or cleaning of the particle surface. Can be considered.

高周波熱プラズマを炭素質材料からなる粒子の表面処理に用いる場合、炭素質材料からなる粒子の「原料」(炭素質材料からなる粒子)を高周波熱プラズマ雰囲気を用いて超高温処理によって黒鉛化し、更に、表面をイオン、ラジカル等で叩いて修飾する。ここで、「炭素質材料」とは、上記の高周波熱プラズマ処理を施すことにより電子伝導性を有する炭素材料となるものをいう。この炭素質材料自体は電子伝導性を必ずしも有していなくてもよい。この場合の炭素質材料としては、炭素材料のほかに炭素を構成元素として含む樹脂材料が含まれる。例えば、黒鉛、ピッチ系材料、ヤシガラ、フェノール樹脂等が挙げられる。   When high-frequency thermal plasma is used for surface treatment of particles made of carbonaceous material, “raw material” of particles made of carbonaceous material (particles made of carbonaceous material) is graphitized by ultra-high temperature treatment using high-frequency thermal plasma atmosphere, Furthermore, the surface is modified by hitting with ions, radicals and the like. Here, the “carbonaceous material” refers to a material that becomes a carbon material having electron conductivity by performing the above-described high-frequency thermal plasma treatment. The carbonaceous material itself does not necessarily have electron conductivity. The carbonaceous material in this case includes a resin material containing carbon as a constituent element in addition to the carbon material. For example, graphite, pitch material, coconut shell, phenol resin, etc. are mentioned.

そして、プラズマ処理工程を用いた本発明の電極用複合粒子の製造方法では、プラズマ処理工程により得られる電極の構成材料となる炭素材料は、このような高周波熱プラズマ処理が施されているため、材料表面近傍が乱層構造化しており、且つ、材料表面に存在していた微量の酸素や水素が該表面と反応し、新たな官能基が導入されるなど、十分な電気化学的特性を得るために適した表面の状態が実現されていると考えられる。   And in the manufacturing method of the composite particle for an electrode of the present invention using the plasma treatment process, the carbon material that is the constituent material of the electrode obtained by the plasma treatment process is subjected to such a high-frequency thermal plasma treatment, The surface of the material has a turbulent structure, and a small amount of oxygen or hydrogen present on the surface of the material reacts with the surface to introduce new functional groups. Therefore, it is considered that a suitable surface condition is realized.

また、本発明の電極用複合粒子の製造方法により得られる複合粒子は、導電助剤、電極活物質及び結着剤のそれぞれを極めて良好な分散状態で互いに密着せしめた粒子である。そして、この複合粒子は、電極の活物質含有層を後述する乾式法により製造する際の粉体の主成分として使用されるか、又は、電極の活物質含有層を後述する湿式法により製造する際の塗布液又は混練物の構成材料に使用される。   The composite particles obtained by the method for producing composite particles for electrodes according to the present invention are particles in which each of the conductive assistant, the electrode active material, and the binder is brought into close contact with each other in a very good dispersion state. And this composite particle is used as a main component of the powder at the time of manufacturing the active material content layer of an electrode by the dry method mentioned later, or manufactures the active material content layer of an electrode by the wet method mentioned later It is used as a constituent material of the coating liquid or kneaded product.

この複合粒子内部には、極めて良好な電子伝導パス(電子伝導ネットワーク)が3次元的に構築されている。この電子伝導パスの構造は、電極の活物質含有層を後述する乾式法により製造する際の粉体の主成分として使用する場合には加熱処理により活物質含有層を形成した後においてもほぼ当初の状態を保持させることができる。また、この電子伝導パスの構造は、電極の活物質含有層を後述する湿式法により製造する際の塗布液又は混練物の構成材料として使用する場合、この複合粒子を含む塗布液又は混練物を調製した後においても、調製条件を調節すること(例えば、塗布液を調製する際の分散媒又は溶媒の選択等)によりほぼ当初の状態を保持させることが容易にできる。   A very good electron conduction path (electron conduction network) is three-dimensionally constructed inside the composite particle. The structure of this electron conduction path is substantially the same even after the active material-containing layer is formed by heat treatment when the active material-containing layer of the electrode is used as the main component of the powder when it is produced by the dry method described later. This state can be maintained. In addition, the structure of this electron conduction path is such that when the active material-containing layer of the electrode is used as a constituent material of a coating solution or kneaded product when the wet method described later is used, the coating solution or kneaded product containing the composite particles is used. Even after the preparation, the initial state can be easily maintained by adjusting the preparation conditions (for example, selection of a dispersion medium or a solvent when preparing the coating liquid).

そのため、上記の観点から、本発明の電極用複合粒子の製造方法により得られる複合粒子を構成材料として用いることにより、十分な電気化学的特性を得ることのできる電極及び電気化学素子を得ることができる。   Therefore, from the above viewpoint, by using the composite particles obtained by the method for producing composite particles for electrodes of the present invention as a constituent material, it is possible to obtain an electrode and an electrochemical element that can obtain sufficient electrochemical characteristics. it can.

一方、従来の電極形成方法では、電極形成の際に先に述べた電極活物質、導電助剤及び結着剤を少なくとも含む塗布液又は混練物を用いる方法を採用しているため、得られる電極の活物質含有層中の電極活物質、導電助剤及び結着剤の分散状態が不均一となっており、このことが先に述べた問題の発生に対して大きな影響を及ぼしていることを本発明者らは見出した。   On the other hand, the conventional electrode forming method employs the method using the coating liquid or kneaded material containing at least the electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder described above at the time of electrode formation. The electrode active material, the conductive additive and the binder in the active material-containing layer are not uniformly dispersed, and this has a great influence on the occurrence of the above-mentioned problems. The inventors have found.

ここで、本発明において、複合粒子の構成材料となる「電極活物質」とは、形成すべき電極により以下の物質を示す。すなわち、形成すべき電極が1次電池のアノードとして使用される電極の場合には「電極活物質」とは還元剤を示し、1次電池のカソードの場合には「電極活物質」とは酸化剤を示す。また、「電極活物質よりなる粒子」中には、本発明の機能(電極活物質の機能)を損なわない程度の電極活物質以外の物質が入っていてもよい。   Here, in the present invention, the “electrode active material” that is a constituent material of the composite particles refers to the following substances depending on the electrode to be formed. That is, when the electrode to be formed is an electrode used as an anode of a primary battery, the “electrode active material” indicates a reducing agent, and when the electrode is a cathode of a primary battery, the “electrode active material” is an oxidation. Indicates an agent. Further, the “particles made of an electrode active material” may contain substances other than the electrode active material to the extent that the function of the present invention (the function of the electrode active material) is not impaired.

また、形成すべき電極が2次電池に使用されるアノード(放電時)の場合には、「電極活物質」とは還元剤であって、その還元体及び酸化体の何れの状態においても化学的安定に存在可能な物質であり、酸化体から還元体への還元反応及び還元体から酸化体への酸化反応が可逆的に進行可能である物質を示す。更に、形成すべき電極が2次電池に使用されるカソード(放電時)の場合には、「電極活物質」とは酸化剤であって、その還元体及び酸化体の何れの状態においても化学的安定に存在可能な物質であり、酸化体から還元体への還元反応及び還元体から酸化体への酸化反応が可逆的に進行可能である物質を示す。   In addition, when the electrode to be formed is an anode (during discharge) used for a secondary battery, the “electrode active material” is a reducing agent and can be used in any state of the reduced form and the oxidized form. It is a substance that can exist stably in a stable manner, and a substance capable of reversibly proceeding from a reduction reaction from an oxidant to a reductant and from a reductant to an oxidant. Furthermore, when the electrode to be formed is a cathode (during discharge) used in a secondary battery, the “electrode active material” is an oxidant, and it can be used in any state of its reduced form and oxidant. It is a substance that can exist stably in a stable manner, and a substance capable of reversibly proceeding from a reduction reaction from an oxidant to a reductant and from a reductant to an oxidant.

また、上記以外にも、形成すべき電極が1次電池及び2次電池に使用される電極の場合、「電極活物質」は、電極反応に関与する金属イオンを吸蔵又は放出(インターカレート、又は、ドープ・脱ドープ)することが可能な材料であってもよい。この材料としては、例えば、リチウムイオン2次電池のアノード及び/又はカソードに使用される炭素材料や、金属酸化物(複合金属酸化物を含む)等が挙げられる。   In addition to the above, when the electrode to be formed is an electrode used for a primary battery and a secondary battery, the “electrode active material” stores or releases metal ions involved in the electrode reaction (intercalation, Alternatively, a material that can be doped / undoped) may be used. Examples of this material include carbon materials used for anodes and / or cathodes of lithium ion secondary batteries, metal oxides (including composite metal oxides), and the like.

なお、説明の便宜上、本明細書においては、アノードの電極活物質を「アノード活物質」といい、カソードの電極活物質を「カソード活物質」という。この場合の「アノード活物質」という場合の「アノード」とは、電池の放電時の極性を基準とするもの(負極活物質)であり、「カソード活物質」という場合の「カソード」は、電池の放電時の極性を基準とするもの(正極活物質)である。アノード活物質及びカソード活物質の具体的な例示については後述する。   For the convenience of explanation, the anode electrode active material is referred to as “anode active material” and the cathode electrode active material is referred to as “cathode active material” in this specification. In this case, the “anode” in the case of the “anode active material” is based on the polarity when the battery is discharged (negative electrode active material), and the “cathode” in the case of the “cathode active material” is the battery. Based on the polarity at the time of discharge (positive electrode active material). Specific examples of the anode active material and the cathode active material will be described later.

また、形成すべき電極が電気分解セルに使用される電極又はキャパシタ(コンデンサ)に使用される電極の場合には、「電極活物質」とは、電子伝導性を有する、金属(金属合金を含む)、金属酸化物又は炭素材料を示す。   Further, in the case where the electrode to be formed is an electrode used for an electrolytic cell or an electrode used for a capacitor (capacitor), the “electrode active material” refers to a metal (including a metal alloy) having electronic conductivity. ), A metal oxide or a carbon material.

また、本発明においては、造粒工程を前記造粒工程をスプレードライ方式に基づいて行うことを特徴としていてもよい。これにより、不可逆容量を低減しつつ密度等が均一となる電極を得ることができる。   In the present invention, the granulation step may be characterized in that the granulation step is performed based on a spray drying method. As a result, it is possible to obtain an electrode with uniform density and the like while reducing the irreversible capacity.

また、本発明においては、造粒工程は、
結着剤と導電助剤と溶媒とを含む原料液を調製する原料液調製工程と、
流動槽中に電極活物質からなる粒子を投入し、電極活物質からなる粒子を流動層化させる流動層化工程と、
電極活物質からなる粒子を含む流動層中に原料液を噴霧することにより、原料液を電極活物質からなる粒子に付着、乾燥させ、電極活物質からなる粒子の表面に付着した原料液から溶媒を除去し、結着剤により電極活物質からなる粒子と導電助剤からなる粒子とを密着させる噴霧乾燥工程と、
を含んでいることが好ましい。
In the present invention, the granulation step is
A raw material liquid preparation step of preparing a raw material liquid containing a binder, a conductive additive and a solvent;
A fluidized bed forming step of charging particles made of an electrode active material into a fluidized tank and fluidizing the particles made of the electrode active material;
By spraying the raw material liquid into the fluidized bed containing the particles made of the electrode active material, the raw material liquid is attached to the particles made of the electrode active material and dried, and the solvent from the raw material liquid attached to the surface of the particles made of the electrode active material A spray-drying step in which the particles made of the electrode active material and the particles made of the conductive auxiliary agent are brought into close contact with the binder,
It is preferable that it contains.

また、本発明者らは、電極用複合粒子を上述の造粒工程を経て形成することにより、一般には、結着剤を用いて電極(又はその構成材料となる複合粒子)を形成する場合、電極(又はその構成材料となる複合粒子)の内部抵抗が増大する傾向にあるということが当業者の一般的な認識であったにも拘わらず、以下のことを見出した。   In addition, the present inventors generally form the electrode composite particles through the above-described granulation step, so that generally when the electrode (or composite particles that constitute the constituent material) is formed using a binder, In spite of the general recognition of those skilled in the art that the internal resistance of the electrode (or the composite particles constituting the electrode) tends to increase, the following has been found.

すなわち、本発明者らは、電極活物質、導電助剤及び結着剤を含む複合粒子を上述の造粒工程を経て予め形成し、これを電極とすれば、結着剤が含まれているにも拘わらず、比抵抗値(或いは、みかけの体積でノーマライズした場合の内部抵抗値)が電極活物質そのものの値よりも十分に低い電極(複合粒子)を構成できることを見出した。   That is, the present inventors previously formed composite particles containing an electrode active material, a conductive additive and a binder through the above granulation step, and if this is used as an electrode, the binder is included. Nevertheless, it has been found that an electrode (composite particle) having a specific resistance value (or an internal resistance value when normalized with an apparent volume) sufficiently lower than the value of the electrode active material itself can be constructed.

上述の構成の造粒工程を採用することにより、先に述べた極めて良好な電子伝導パス(電子伝導ネットワーク)が3次元的に構築された複合粒子をより確実に形成することができるようになる。   By adopting the granulation process having the above-described configuration, it is possible to more reliably form composite particles in which the above-described extremely good electron conduction path (electron conduction network) is three-dimensionally constructed. .

そして、造粒工程を経て得られる電極用複合粒子を用いて形成される電極は、上記の複合粒子の構造を維持した状態で形成され、活物質含有層において、「電極活物質と導電助剤とが孤立せずに電気的に結合している」状態が実現される。そのため、活物質含有層中には、極めて良好な電子伝導パス(電子伝導ネットワーク)が3次元的に構築される。   And the electrode formed using the composite particle for electrodes obtained through the granulation step is formed in a state where the structure of the composite particle is maintained, and in the active material-containing layer, “electrode active material and conductive additive” Are electrically connected without being isolated ”. Therefore, a very good electron conduction path (electron conduction network) is three-dimensionally constructed in the active material containing layer.

ここで、「複合粒子中において、電極活物質と導電助剤とが孤立せずに電気的に結合していること」とは、活物質含有層において、電極活物質からなる粒子(又はその凝集体)と導電助剤からなる粒子(又はその凝集体)とが「実質的に」孤立せずに電気的に結合していることを示す。より詳しくは、電極活物質からなる粒子(又はその凝集体)と導電助剤からなる粒子が完全に孤立せずに電気的に結合しているのではなく、本発明の効果を得られる水準の電気抵抗を達成できる範囲で電気的に結合していることを示す。   Here, “in the composite particles, the electrode active material and the conductive additive are electrically coupled without being isolated” means that the particles (or their aggregates) made of the electrode active material in the active material-containing layer. (Aggregate) and particles (or aggregates thereof) made of a conductive additive are electrically connected without being “substantially” isolated. More specifically, the particles made of the electrode active material (or aggregates thereof) and the particles made of the conductive additive are not completely isolated without being electrically isolated, but at a level where the effects of the present invention can be obtained. It shows that it is electrically coupled within a range where electric resistance can be achieved.

そして、この「複合粒子中において、電極活物質と導電助剤とが孤立せずに電気的に結合している」状態は、本発明の電極の複合粒子中の断面のSEM(Scaning Electron Micro Scope:走査型電子顕微鏡)写真、TEM(Transmission Electron Microscope:透過型電子顕微鏡)写真及びEDX(Energy Dispersive X‐ray Fluorescence Spectrometer:エネルギー分散型X線分析装置)分析データにより確認することができる。また、本発明の電極は、その複合粒子中の断面のSEM写真、TEM写真及びEDX分析データと、従来の電極(又は複合粒子)のSEM写真、TEM写真及びEDX分析データとを比較することにより、従来の電極(又は複合粒子)と明確に区別することができる。   And, in this “composite particle, the electrode active material and the conductive additive are electrically coupled without being isolated” is the SEM (Scanning Electron Micro Scope) of the cross section in the composite particle of the electrode of the present invention. : Scanning electron microscope), TEM (Transmission Electron Microscope), and EDX (Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer) analysis data. The electrode of the present invention is obtained by comparing the SEM photograph, TEM photograph and EDX analysis data of the cross section in the composite particle with the SEM photograph, TEM photograph and EDX analysis data of the conventional electrode (or composite particle). And can be clearly distinguished from conventional electrodes (or composite particles).

より詳しくは、上述の造粒工程では、流動槽中において、電極活物質からなる粒子に、導電助剤と結着剤とを含む原料液の微小な液滴を直接噴霧するため、複合粒子を構成する各構成粒子の凝集の進行を十分に防止でき、その結果、得られる複合粒子中の各構成粒子の偏在化を十分に防止できる。また、導電助剤及び結着剤を電解液に接触し、電極反応に関与できる電極活物質の表面に選択的にかつ良好に分散させることができる。   More specifically, in the granulation step described above, in the fluidized tank, the fine particles of the raw material liquid containing the conductive auxiliary agent and the binder are directly sprayed onto the particles made of the electrode active material. It is possible to sufficiently prevent the constituent particles constituting the agglomeration from proceeding, and as a result, it is possible to sufficiently prevent the uneven distribution of the constituent particles in the obtained composite particles. In addition, the conductive auxiliary agent and the binder can be selectively dispersed well on the surface of the electrode active material that can be brought into contact with the electrolytic solution and participate in the electrode reaction.

そのため、複合粒子は、導電助剤、電極活物質及び結着剤のそれぞれを極めて良好な分散状態で互いに密着せしめた粒子となる。また、本発明の複合粒子は、造粒工程において、流動槽中の温度、流動槽中に噴霧する原料液の噴霧量、流動槽中に発生させる流体流(例えば、気流)中に投入する電極活物質の投入量、流動層の速度、流動層(流体流)の流れ(循環)の様式(層流、乱流等)等を調節することにより、その粒子サイズ及び形状を任意に調節することができる。   Therefore, the composite particles are particles in which the conductive auxiliary agent, the electrode active material, and the binder are adhered to each other in a very good dispersion state. Further, the composite particles of the present invention, in the granulation step, the temperature in the fluidized tank, the spray amount of the raw material liquid sprayed in the fluidized tank, and the electrode charged in the fluid flow (for example, the airflow) generated in the fluidized tank Adjust the particle size and shape arbitrarily by adjusting the amount of active material input, fluidized bed velocity, fluidized bed (fluid flow) flow (circulation) mode (laminar flow, turbulent flow, etc.), etc. Can do.

このように上述の造粒工程では、流動している粒子に導電助剤等を含む原料液の液滴を直接噴霧できればよいため、その流動の方法は特に限定されず、例えば、気流を発生させてこの気流により、粒子を流動させる流動槽や、撹拌羽により粒子を回転流動させる流動槽や、振動により粒子を流動させる流動槽等を用いることができる。但し、電極用複合粒子の製造方法においては、乾燥効率を良くし、また、得られる複合粒子の形状・大きさを均一とする観点から、流動層化工程において、流動槽中に気流を発生させ、該気流中に前記電極活物質からなる粒子を投入し、前記電極活物質からなる粒子を流動層化させることが好ましい。   As described above, in the above granulation step, it is only necessary to directly spray droplets of the raw material liquid containing the conductive auxiliary agent on the flowing particles, and the flow method is not particularly limited. For example, an air flow is generated. A fluid tank in which particles are caused to flow by the air flow, a fluid tank in which particles are rotationally fluidized by a stirring blade, a fluid tank in which particles are fluidized by vibration, and the like can be used. However, in the method for producing composite particles for electrodes, in order to improve the drying efficiency and make the shape and size of the obtained composite particles uniform, an air stream is generated in the fluidized tank in the fluidized bed process. It is preferable that particles made of the electrode active material are introduced into the air flow to make the particles made of the electrode active material fluidized.

この複合粒子内部には、極めて良好な電子伝導パス(電子伝導ネットワーク)が3次元的に構築されている。その結果、本発明者らは、本発明の電気化学素子に使用される電極(複合粒子)内には従来の電極に比較して極めて良好な電子伝導パス(電子伝導ネットワーク)が3次元的に構築されていると推察している。   A very good electron conduction path (electron conduction network) is three-dimensionally constructed inside the composite particle. As a result, the inventors of the present invention have a three-dimensionally excellent electron conduction path (electron conduction network) in the electrode (composite particle) used in the electrochemical device of the present invention as compared with the conventional electrode. I guess it is built.

ここで、本発明者らは、従来のフィルム状の電気化学素子に使用する板状の電極の形成方法では、電極形成の際に先に述べた電極活物質、導電助剤及び結着剤を少なくとも含む塗布液(スラリー)又は混練物を用いる方法を採用しているため、得られる電極の活物質含有層中の電極活物質、導電助剤及び結着剤の分散状態が効果的な導電ネットワークを構築できていない状態、例えば、この分散状態が不均一となっていることが上述の問題の発生に対して大きな影響を及ぼしていることを見出した。   Here, in the method for forming a plate-like electrode used in a conventional film-like electrochemical element, the present inventors used the electrode active material, the conductive additive, and the binder described above at the time of electrode formation. Since a method using at least a coating liquid (slurry) or a kneaded material is adopted, the conductive network in which the active state of the electrode active material, the conductive assistant and the binder in the active material-containing layer of the obtained electrode is effective It has been found that a state in which the above-mentioned problem has not been established, for example, that the dispersion state is not uniform, has a great influence on the occurrence of the above-described problem.

すなわち、従来の塗布液又は混練物を用いる方法では、塗布液又は混練物を集電部材の表面に塗布して当該表面に塗布液又は混練物からなる塗膜を形成し、この塗膜を乾燥させて溶媒を除去することにより活物質含有層を形成する。本発明者らは、この塗膜の乾燥の過程において、比重の軽い導電助剤及び結着剤が塗膜表面付近まで浮き上がってしまい、その結果、塗膜中の電極活物質、導電助剤及び結着剤の分散状態が効果的な導電ネットワークを構築できていない状態、例えば、この分散状態が不均一となり、電極活物質、導電助剤及び結着剤の三者間の密着性が充分に得られず、得られる活物質含有層中に良好な電子伝導パスが構築されなくなっていることを見出した。   That is, in the conventional method using a coating solution or kneaded product, the coating solution or kneaded product is applied to the surface of the current collecting member to form a coating film made of the coating solution or kneaded product on the surface, and this coating film is dried. The active material-containing layer is formed by removing the solvent. In the process of drying the coating film, the present inventors lifted the conductive assistant and binder having a low specific gravity to the vicinity of the coating film surface, and as a result, the electrode active material, conductive assistant and A state in which the dispersed state of the binder cannot form an effective conductive network, for example, this dispersed state becomes non-uniform, and the adhesion between the three of the electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder is sufficient. It was not obtained, and it was found that a good electron conduction path was not established in the obtained active material-containing layer.

更に、塗布液(スラリー)を噴霧乾燥方式(spray drying)で造粒する方法、即ち、溶媒からなるスラリーを熱風中に噴霧乾燥(spray drying)することにより電極活物質、導電剤及び結着剤からなる塊(複合粒子)を製造する方法が従来より知られている。この場合、同一のスラリー中に、電極活物質、導電助剤、及び、結着剤を含ませているために、得られる造粒物(複合粒子)中の電極活物質、導電助剤及び結着剤の分散状態は、スラリー中の電極活物質、導電助剤及び結着剤の分散状態(特に、スラリーの液滴の乾燥が進行する過程での電極活物質、導電助剤及び結着剤の分散状態)に依存するため、結着剤の凝集とその偏在、及び、導電助剤の凝集とその偏在が起こり、得られる造粒物(複合粒子)中の電極活物質、導電助剤及び結着剤の分散状態が効果的な導電ネットワークを構築できていない状態、例えば、この分散状態が不均一となり、電極活物質、導電助剤及び結着剤の三者間の密着性が充分に得られず、得られる活物質含有層中に良好な電子伝導パスが構築されなくなっていることを見出した。   Furthermore, a method of granulating a coating liquid (slurry) by spray drying, that is, an electrode active material, a conductive agent and a binder by spray drying a slurry comprising a solvent in hot air. A method for producing a lump (composite particle) made of is conventionally known. In this case, since the electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder are included in the same slurry, the electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder in the resulting granulated product (composite particles). The dispersion state of the adhesive is the dispersion state of the electrode active material, the conductive assistant, and the binder in the slurry (particularly, the electrode active material, the conductive assistant, and the binder in the process of drying the slurry droplets). Depending on the dispersion state of the binder), the aggregation of the binder and its uneven distribution, and the aggregation and the uneven distribution of the conductive assistant occur, and the electrode active material, conductive assistant and A state in which the dispersed state of the binder cannot form an effective conductive network, for example, this dispersed state becomes non-uniform, and the adhesion between the three of the electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder is sufficient. No good electron conduction path is established in the active material-containing layer obtained. I found the door.

また、本発明者らは、この場合、導電助剤及び結着剤を電解液に接触し、電極反応に関与できる電極活物質の表面に選択的にかつ良好に分散させることができず、反応場で発生する電子を効率よく伝導させる電子伝導ネットワークの構築に寄与しない無駄な導電助剤が存在したり、単に電気抵抗を増大させるだけの存在となる無駄な結着剤が存在していることことを見出した。   Further, in this case, the inventors cannot contact the conductive auxiliary agent and the binder with the electrolytic solution and selectively and well disperse the conductive auxiliary agent and the binder on the surface of the electrode active material that can participate in the electrode reaction. There is a wasteful conductive aid that does not contribute to the construction of an electron conduction network that efficiently conducts electrons generated in the field, or a wasteful binder that simply increases electrical resistance. I found out.

溶媒からなるスラリーを熱風中に噴霧乾燥(spray drying)することにより電極活物質、導電剤及び結着剤からなる塊(複合粒子)を製造する方法の場合、電極活物質、導電剤及び結着剤が溶媒中に分散した状態で乾燥及び固化が進行するため、乾燥中に結着剤同士の凝集及び導電剤の凝集が進行し、得られる塊(複合粒子)を構成する各電極活物質からなる粒子の表面に、導電剤及び結着剤がそれぞれ効果的な導電ネットワークを保ち十分に分散した状態で密着していないことを本発明者らは見出した。   In the case of a method for producing a lump (composite particle) composed of an electrode active material, a conductive agent and a binder by spray drying a slurry comprising a solvent in hot air, the electrode active material, the conductive agent and the binder Since the drying and solidification proceed in a state where the agent is dispersed in the solvent, the aggregation of the binder and the aggregation of the conductive agent proceed during the drying, and each electrode active material constituting the obtained mass (composite particle) The present inventors have found that the conductive agent and the binder are not in close contact with the surface of the resulting particles while maintaining an effective conductive network and sufficiently dispersed.

より詳しくは、図25に示すように、得られる塊(複合粒子)P100を構成する各正極活物質からなる粒子の中には、大きな結着剤からなる凝集体P33のみに囲まれて、該塊(複合粒子)P100中に電気的に孤立して利用されないものP11が多く存在することことを本発明者らは見出した。また、乾燥中に導電剤からなる粒子が凝集体となると、得られる塊(複合粒子)P100中で、導電剤からなる粒子が凝集体P22として偏在してしまい、該塊(複合粒子)P100中十分な電子伝導パス(電子伝導ネットワーク)を構築できず、十分な電子伝導性を得ることができていないことを本発明者らは見出した。更に、導電剤からなる粒子の凝集体P22が大きな結着剤からなる凝集体P33のみに囲まれて電気的に孤立することもあり、この観点からも該塊(複合粒子)P100中十分な電子伝導パス(電子伝導ネットワーク)を構築できず、十分な電子伝導性を得ることができていないことを本発明者らは見出した。   More specifically, as shown in FIG. 25, the particles made of each positive electrode active material constituting the obtained lump (composite particle) P100 are surrounded only by aggregates P33 made of a large binder, The present inventors have found that there are many P11 that are not electrically isolated and used in the lump (composite particle) P100. Further, when the particles made of the conductive agent become an aggregate during drying, the particles made of the conductive agent are unevenly distributed as the aggregate P22 in the obtained lump (composite particle) P100, and the lump (composite particle) P100 The present inventors have found that a sufficient electron conduction path (electron conduction network) cannot be constructed and sufficient electron conductivity cannot be obtained. Further, the aggregate P22 of particles made of a conductive agent may be electrically isolated by being surrounded only by the aggregate P33 made of a large binder, and from this point of view, sufficient electrons in the lump (composite particle) P100 The present inventors have found that a conduction path (electron conduction network) cannot be constructed and sufficient electron conductivity cannot be obtained.

ここで、本発明における造粒工程において、上述の「電極活物質からなる粒子に導電助剤と結着剤とを密着させて一体化すること」とは、電極活物質からなる粒子の表面の少なくとも一部分に、導電助剤からなる粒子と結着剤からなる粒子とをそれそれ接触させた状態とすることを示す。すなわち、電極活物質からなる粒子の表面は、導電助剤からなる粒子と結着剤からなる粒子とによりその一部が覆われていれば十分であり、全体が覆われている必要は無い。なお、本発明の複合粒子の製造方法の造粒工程において使用する「結着剤」は、これとともに使用される電極活物質と導電助剤とを結着させることが可能なものを示す。   Here, in the granulation step of the present invention, the above-mentioned “integrating the conductive auxiliary agent and the binder in close contact with the particles made of the electrode active material” means the surface of the particles made of the electrode active material. It indicates that at least a part of the particles made of the conductive auxiliary agent and the particles made of the binder are brought into contact with each other. That is, it is sufficient that the surfaces of the particles made of the electrode active material are partially covered with the particles made of the conductive auxiliary agent and the particles made of the binder, and the whole need not be covered. In addition, the “binder” used in the granulation step of the method for producing composite particles of the present invention indicates a binder capable of binding the electrode active material used together with the conductive aid.

また、本発明においては、複合粒子を形成する際に構成材料としてイオン伝導性を有する導電性高分子を更に添加することによっても、複合粒子(すなわち電極)内に極めて良好なイオン伝導パスを容易に構築することができる。   In the present invention, a very good ion conduction path can be easily formed in the composite particles (ie, electrodes) by further adding a conductive polymer having ion conductivity as a constituent material when forming the composite particles. Can be built.

更に、複合粒子の構成材料となる結着剤としてイオン伝導性を有する導電性高分子を使用可能な場合には、イオン伝導性を有する導電性高分子を使用してもよい。イオン伝導性を有する結着剤も電極(複合粒子)内のイオン伝導パスの構築に寄与すると考えられる。この複合粒子を用いることにより複合粒子からなるポリマー電極を形成することができる。また、複合粒子の構成材料となる結着剤として、電子伝導性を有する高分子電解質を使用してもよい。   Further, when a conductive polymer having ionic conductivity can be used as a binder as a constituent material of the composite particles, a conductive polymer having ionic conductivity may be used. It is considered that the binder having ion conductivity also contributes to the construction of an ion conduction path in the electrode (composite particle). By using this composite particle, a polymer electrode composed of the composite particle can be formed. Moreover, you may use the polymer electrolyte which has electronic conductivity as a binder used as the constituent material of composite particle.

このような構成とすることにより、本発明では、従来の電極よりも優れた電子伝導性及びイオン伝導性を有する電極を容易かつ確実に形成することができる。複合粒子からなる電極は、その内部で進行する電荷移動反応の反応場となる導電助剤、電極活物質及び電解質(固体電解質又は液状電解質)との接触界面が、3次元的にかつ充分な大きさで形成されている。   By setting it as such a structure, in this invention, the electrode which has the electronic conductivity and ionic conductivity superior to the conventional electrode can be formed easily and reliably. An electrode composed of composite particles has a three-dimensional and sufficiently large contact interface with a conductive assistant, an electrode active material, and an electrolyte (solid electrolyte or liquid electrolyte) that serve as a reaction field for a charge transfer reaction that proceeds inside the composite particle. Is formed.

また、本発明においては、導電助剤、電極活物質及び結着剤のそれぞれの分散状態が極めて良好な複合粒子を予め形成するため、導電助剤及び結着剤の添加量を従来よりも充分に削減できる。   Further, in the present invention, since composite particles having extremely good dispersion states of the conductive auxiliary agent, the electrode active material, and the binder are formed in advance, the addition amount of the conductive auxiliary agent and the binder is more sufficient than before. Can be reduced.

なお、本発明において、導電性高分子を用いる場合、導電性高分子は、先に述べた複合粒子の構成要素となる導電性高分子と同種であっても異種であってもよい。   In the present invention, when a conductive polymer is used, the conductive polymer may be the same as or different from the conductive polymer that is a constituent element of the composite particles described above.

また、本発明においては、先に述べた構造を有する複合粒子をより容易かつより確実に形成する観点から、造粒工程は、流動槽中の温度を50℃以上で、結着剤の融点を大幅に越えない温度に調節することが好ましく、流動槽中の温度を50℃以上で、結着剤の融点以下に調節することがより好ましい。この結着剤の融点とは、その結着剤の種類にもよるが、例えば200℃程度である。流動槽中の温度が50℃未満となると、噴霧中の溶媒の乾燥が不十分となる傾向が大きくなる。流動槽中の温度が結着剤の融点を大幅に越えると、結着剤が溶融し粒子の形成に大きな支障をきたす傾向が大きくなる。流動槽中の温度が結着剤の融点よりも若干上回る程度の温度であれば、条件により上記の問題の発生を十分に防止することができる。また、流動槽中の温度が結着剤の融点以下であれば、上記の問題は発生しない。   In the present invention, from the viewpoint of more easily and more reliably forming the composite particles having the structure described above, the granulation step is performed at a temperature in the fluidized tank of 50 ° C. or higher and the melting point of the binder. It is preferable to adjust the temperature so as not to greatly exceed, and it is more preferable to adjust the temperature in the fluidized tank to 50 ° C. or higher and below the melting point of the binder. The melting point of the binder is, for example, about 200 ° C. although it depends on the type of the binder. When the temperature in the fluidized tank is less than 50 ° C., the tendency of drying of the solvent during spraying becomes large. When the temperature in the fluidized tank greatly exceeds the melting point of the binder, the tendency of the binder to melt and greatly hinder the formation of particles increases. If the temperature in the fluidized tank is a temperature that is slightly higher than the melting point of the binder, the above problem can be sufficiently prevented depending on the conditions. Moreover, if the temperature in a fluid tank is below melting | fusing point of a binder, said problem will not generate | occur | produce.

更に、本発明においては、先に述べた構造を有する複合粒子をより容易かつより確実に形成する観点から、造粒工程において、流動槽中に発生させる気流は、大気と同一でもよいが、本発明の効果をより発揮するべく不活性ガスからなる気流であることが好ましい。更に、造粒工程において、流動槽中の湿度(相対湿度)は、上記の好ましい温度範囲において露点−40℃以下とすることが好ましい。「不活性ガス」とは、先にも述べたように希ガスに属するガス及び窒素ガスを示す。   Furthermore, in the present invention, from the viewpoint of more easily and more reliably forming composite particles having the structure described above, the air flow generated in the fluidized tank in the granulation step may be the same as the atmosphere. In order to exhibit the effect of the invention more, it is preferable that the air flow is made of an inert gas. Furthermore, in the granulation step, the humidity (relative humidity) in the fluidized tank is preferably set to a dew point of −40 ° C. or lower in the above preferable temperature range. The “inert gas” indicates a gas belonging to a rare gas and a nitrogen gas as described above.

また、本発明においては、造粒工程において、原料液に含まれる溶媒は結着剤を溶解可能又は分散可能であるとともに導電助剤を分散可能であることが好ましい。これによっても、得られる複合粒子中の結着剤、導電助剤及び電極活物質の分散性をより高めることができる。複合粒子中の結着剤、導電助剤及び電極活物質の分散性をより高める観点から、原料液に含まれる溶媒は結着剤を溶解可能であるとともに導電助剤を分散可能であることがより好ましい。   In the present invention, in the granulation step, it is preferable that the solvent contained in the raw material liquid can dissolve or disperse the binder and disperse the conductive assistant. Also by this, the dispersibility of the binder, conductive additive and electrode active material in the composite particles obtained can be further enhanced. From the viewpoint of further improving the dispersibility of the binder, the conductive auxiliary agent and the electrode active material in the composite particles, the solvent contained in the raw material liquid can dissolve the binder and can disperse the conductive auxiliary agent. More preferred.

また、本発明においては、複合粒子中の結着剤、導電助剤及び電極活物質の分散性をより確実に高める観点から、原料液に含まれる上記溶媒中の水分の割合が100ppm以下であることが好ましい。溶媒中の水分の割合が100ppmを超えると、複合粒子に吸着する水分が多くなり、電気化学反応における副反応による損失が増加する傾向にある。   Further, in the present invention, from the viewpoint of more reliably increasing the dispersibility of the binder, the conductive additive and the electrode active material in the composite particles, the water content in the solvent contained in the raw material liquid is 100 ppm or less. It is preferable. When the ratio of the water | moisture content in a solvent exceeds 100 ppm, the water | moisture content adsorb | sucked to a composite particle will increase, and it exists in the tendency for the loss by the side reaction in an electrochemical reaction to increase.

更に、本発明においては、造粒工程の後、得られる電極用複合粒子を不活性ガス雰囲気中で密閉した状態で保存可能なケース内に密閉する粒子保存工程を更に含むことを特徴としていてもよい。これにより、製造した電極用複合粒子に含まれる電極活物質(炭素材料)の清浄化された表面をより確実に保持することが可能となる。   Furthermore, the present invention may further include a particle storage step of sealing the obtained composite particles for an electrode in a sealed case in an inert gas atmosphere after the granulation step. Good. Thereby, it becomes possible to hold the cleaned surface of the electrode active material (carbon material) contained in the manufactured composite particle for an electrode more reliably.

また、本発明は、電極活物質を含む導電性の活物質含有層と、活物質含有層に電気的に接触した状態で配置される導電性の集電体と、を少なくとも有する電極の製造方法であって、
先に述べた本発明の電極用複合粒子の製造方法のうちの何れかにより電極用複合粒子を形成する複合粒子形成工程と、
集電体の活物質含有層を形成すべき部位に、複合粒子を用いて活物質含有層を形成する活物質含有層形成工程と、
を有しており、
前記複合粒子形成工程の前記プラズマ処理工程後における活物質含有層形成工程を不活性ガス雰囲気中で行うこと、
を特徴とする電極の製造方法を提供する。
Further, the present invention provides a method for producing an electrode having at least a conductive active material-containing layer containing an electrode active material and a conductive current collector disposed in electrical contact with the active material-containing layer Because
A composite particle forming step of forming the composite particle for an electrode by any one of the methods for producing the composite particle for an electrode of the present invention described above;
An active material-containing layer forming step of forming an active material-containing layer using composite particles at a site where an active material-containing layer of the current collector is to be formed;
Have
Performing an active material-containing layer formation step after the plasma treatment step of the composite particle formation step in an inert gas atmosphere;
An electrode manufacturing method is provided.

このように、先に述べた本発明の電極用複合粒子の製造方法により得られる電極用複合粒子を用いて活物質含有層を形成することにより、不可逆容量を十分に低減することが可能な電極を得ることができる。   Thus, an electrode capable of sufficiently reducing the irreversible capacity by forming the active material-containing layer using the composite particles for electrodes obtained by the method for producing composite particles for electrodes of the present invention described above. Can be obtained.

また、本発明の電極の製造方法において、活物質含有層形成工程は、複合粒子を少なくとも含む粉体に加熱処理及び加圧処理を施してシート化し、複合粒子を少なくとも含むシートを得るシート化工程と、シートを活物質含有層として集電体上に配置する活物質含有層配置工程と、を有すること、を特徴としていてもよい。このように乾式法を採用しても先に述べた不可逆容量を十分に低減することが可能な優れた電極特性を有する電極をより確実に得ることができる。   In the method for producing an electrode of the present invention, the active material-containing layer forming step is a sheeting step of obtaining a sheet containing at least the composite particles by subjecting the powder containing at least the composite particles to heat treatment and pressure treatment to form a sheet. And an active material-containing layer disposing step of disposing the sheet as an active material-containing layer on the current collector. Thus, even if the dry method is employed, an electrode having excellent electrode characteristics that can sufficiently reduce the irreversible capacity described above can be obtained more reliably.

ここで、「複合粒子を少なくとも含む粉体」は、複合粒子のみからなるものであってもよい。また、「複合粒子を少なくとも含む粉体」には、結着剤及び/又は導電助剤が更に含まれていてもよい。このように粉体に複合粒子以外の構成成分が含まれる場合、粉体中の複合粒子の割合は、粉体の総質量を基準として、80質量%以上であることが好ましい。   Here, the “powder containing at least composite particles” may be composed of only composite particles. The “powder containing at least the composite particles” may further contain a binder and / or a conductive aid. Thus, when constituents other than the composite particles are included in the powder, the ratio of the composite particles in the powder is preferably 80% by mass or more based on the total mass of the powder.

また、本発明の電極の製造方法においては、シート化工程を、熱ロールプレス機を用いて行なうことが好ましい。熱ロールプレス機は、1対の熱ロールを有しており、この1対の熱ロールの間に「複合粒子を少なくとも含む粉体」を投入し、加熱及び加圧してシート化する構成を有するものである。これにより、活物質含有層となるシートを容易かつ確実に形成することができる。   Moreover, in the manufacturing method of the electrode of this invention, it is preferable to perform a sheet forming process using a hot roll press machine. The hot roll press machine has a pair of hot rolls, and a “powder containing at least composite particles” is put between the pair of hot rolls, and heated and pressed to form a sheet. Is. Thereby, the sheet | seat used as an active material content layer can be formed easily and reliably.

以上のように本発明の電極の製造方法においては、活物質含有層形成工程において複合粒子を用いて乾式法により活物質含有層を形成してもよいが、以下のように湿式法により活物質含有層を形成しても先に述べた本発明の効果を得ることができる。   As described above, in the method for producing an electrode of the present invention, the active material-containing layer may be formed by a dry method using composite particles in the active material-containing layer forming step. Even if the containing layer is formed, the effects of the present invention described above can be obtained.

すなわち、本発明の電極の製造方法においては、活物質含有層形成工程は、複合粒子を分散又は混練可能な液体に複合粒子を添加して電極形成用塗布液を調製する塗布液調製工程と、集電体の活物質含有層を形成すべき部位に、電極形成用塗布液を塗布する工程と、集電体の活物質含有層を形成すべき部位に塗布された電極形成用塗布液からなる液膜を固化させる工程と、を含むこと、を特徴としていてもよい。   That is, in the method for producing an electrode of the present invention, the active material-containing layer forming step includes a coating liquid preparation step in which the composite particles are added to a liquid in which the composite particles can be dispersed or kneaded to prepare a coating liquid for electrode formation, A step of applying an electrode-forming coating solution to a portion of the current collector where the active material-containing layer is to be formed, and an electrode-forming coating solution applied to the portion of the current collector where the active material-containing layer is to be formed And a step of solidifying the liquid film.

この場合にも、不可逆容量を十分に低減することが可能な優れた電極特性を有する電極を容易かつ確実に得ることができる。ここで、「複合粒子を分散可能な液体」とは、複合粒子中の結着剤を溶解しない液体であることが好ましいが、活物質含有層を形成する過程において、複合粒子同士の電気的接触を十分に確保できて本発明の効果を得られる範囲であれば複合粒子の表面近傍の結着剤を一部溶解させる特性を有するものであってもよい。なお、本発明の効果を得られる範囲であれば、複合粒子を分散可能な液体には複合粒子の他の成分として、結着剤、及び、導電助剤が更に添加されていてもよい。この場合の他の成分として添加される結着剤は、「複合粒子を分散可能な液体」に溶解可能な結着剤である。   Also in this case, an electrode having excellent electrode characteristics capable of sufficiently reducing the irreversible capacity can be obtained easily and reliably. Here, the “liquid capable of dispersing the composite particles” is preferably a liquid that does not dissolve the binder in the composite particles, but in the process of forming the active material-containing layer, the electrical contact between the composite particles As long as it is within a range that can sufficiently secure the effect of the present invention, it may have a property of partially dissolving the binder near the surface of the composite particles. As long as the effects of the present invention can be obtained, a binder and a conductive additive may be further added as other components of the composite particles to the liquid in which the composite particles can be dispersed. The binder added as another component in this case is a binder that can be dissolved in the “liquid capable of dispersing composite particles”.

また、活物質含有層形成工程において、複合粒子を混練可能な液体を使用する場合、この液体に複合粒子を添加して複合粒子を含む電極形成用混練物を調製する混練物調製工程と、集電体の活物質含有層を形成すべき部位に、電極形成用混練物を塗布する工程と、集電体の活物質含有層を形成すべき部位に塗布された電極形成用混練物からなる塗膜を固化させる工程と、を含むこと、を特徴としていてもよい。   In addition, in the active material-containing layer forming step, when a liquid capable of kneading the composite particles is used, a kneaded material preparation step of adding a composite particle to the liquid to prepare a kneaded material for forming an electrode including the composite particles; A step of applying the electrode-forming kneaded material to a portion of the current collector where the active material-containing layer is to be formed, and a coating comprising the electrode-forming kneaded material applied to the portion of the current collector where the active material-containing layer is to be formed. And a step of solidifying the film.

この場合にも、不可逆容量を十分に低減することが可能な優れた電極特性を有する電極を容易かつ確実に得ることができる。   Also in this case, an electrode having excellent electrode characteristics capable of sufficiently reducing the irreversible capacity can be obtained easily and reliably.

また、本発明の電極の製造方法においては、活物質含有層形成工程の後、得られる電極を不活性ガス雰囲気中で密閉した状態で保存可能なケース内に密閉する電極保存工程を更に含むこと、を特徴としていてもよい。これにより、製造した電極に含まれる電極用複合粒子中の電極活物質(炭素材料又は金属酸化物)の清浄化された表面をより確実に保持することが可能となる。   Moreover, the method for producing an electrode of the present invention further includes an electrode storage step of sealing the obtained electrode in a storable case in a sealed state in an inert gas atmosphere after the active material-containing layer forming step. , May be characterized. Thereby, it becomes possible to hold the cleaned surface of the electrode active material (carbon material or metal oxide) in the composite particles for an electrode contained in the manufactured electrode more reliably.

更に、本発明は、アノードと、カソードと、イオン伝導性を有する電解質層とを少なくとも備えており、アノードとカソードとが電解質層を介して対向配置された構成を有する電気化学素子の製造方法であって、
アノード及びカソードのうちの少なくとも一方の電極として、先に述べた本発明の電極の製造方法のうちの何れかにより電極を形成する電極形成工程を有しており、
電極形成工程により得られる電極を、不活性ガス雰囲気中においた状態で製造すること、
を特徴とする電気化学素子の製造方法を提供する。
Furthermore, the present invention provides an electrochemical element manufacturing method comprising at least an anode, a cathode, and an electrolyte layer having ionic conductivity, wherein the anode and the cathode are arranged to face each other via the electrolyte layer. There,
As an electrode of at least one of the anode and the cathode, it has an electrode forming step of forming an electrode by any of the above-described methods for producing an electrode of the present invention,
Producing the electrode obtained by the electrode forming step in an inert gas atmosphere;
The manufacturing method of the electrochemical element characterized by this is provided.

上述した本発明の電極の製造方法により得られる電極を、アノード及びカソードのうちの少なくとも一方、好ましくは両方として使用することにより、不可逆容量を十分に低減することが可能な優れた充放電特性を有する電気化学素子を容易かつ確実に得ることができる。   By using the electrode obtained by the above-described electrode manufacturing method of the present invention as at least one of the anode and the cathode, preferably both, excellent charge / discharge characteristics capable of sufficiently reducing the irreversible capacity are obtained. The electrochemical element which has can be obtained easily and reliably.

ここで、本明細書において、「電気化学素子」とは、互いに対向する第1の電極(アノード)及び第2の電極(カソード)とを少なくとも有しており、これら第1の電極と第2の電極との間に配置されるイオン伝導性を有する電解質層を少なくとも備えた構成を有するものを示す。また、「イオン伝導性を有する電解質層」とは、(1)絶縁性材料から形成された多孔質のセパレータであって、その内部に電解質溶液(或いは電解質溶液にゲル化剤を添加することにより得られるゲル状の電解質)が含浸されているもの、(2)固体電解質膜(固体高分子電解質からなる膜又はイオン伝導性無機材料を含む膜)、(3)電解質溶液にゲル化剤を添加することにより得られるゲル状の電解質からなる層、(4)電解質溶液からなる層を示す。   Here, in the present specification, the “electrochemical element” includes at least a first electrode (anode) and a second electrode (cathode) that face each other, and the first electrode and the second electrode The thing which has the structure provided with the electrolyte layer which has an ionic conductivity arrange | positioned between these electrodes at least is shown. In addition, the “electrolyte layer having ion conductivity” is (1) a porous separator formed of an insulating material, and an electrolyte solution (or a gelling agent is added to the electrolyte solution). (A gel-like electrolyte obtained) impregnated, (2) a solid electrolyte membrane (a membrane made of a solid polymer electrolyte or a membrane containing an ion conductive inorganic material), (3) a gelling agent is added to the electrolyte solution The layer which consists of a gel-like electrolyte obtained by doing, (4) The layer which consists of electrolyte solution is shown.

なお、上記(1)〜(4)の構成の何れの場合にも、第1の電極及び第2の電極の内部にもそれぞれに使用される電解質が含有されている構成を有していてもよい。   Note that, in any case of the above configurations (1) to (4), the first electrode and the second electrode may have a configuration in which the electrolyte used for each is contained. Good.

また、本明細書においては、(1)〜(3)の構成において、第1の電極(アノード)、電解質層、第2の電極(カソード)からなる積層体を、必要に応じて「素体」という。更に、素体は、上記(1)〜(3)の構成のように、3層構造のものの他に、上記電極と電解質層とが交互に積層された5層以上の構成を有していてもよい。   Further, in the present specification, in the configurations of (1) to (3), a laminated body composed of the first electrode (anode), the electrolyte layer, and the second electrode (cathode) is referred to as “element body” as necessary. " Further, the element body has a structure of five layers or more in which the electrodes and the electrolyte layers are alternately laminated in addition to the three-layer structure as in the structures (1) to (3). Also good.

また、上記(1)〜(4)の構成の何れの場合にも、電気化学素子は、複数の単位セルを1つのケース内に直列或いは並列に配置させたモジュールの構成を有していてもよい。   Further, in any case of the above configurations (1) to (4), the electrochemical element may have a module configuration in which a plurality of unit cells are arranged in series or in parallel in one case. Good.

また、本発明の電気化学素子の製造方法により得られる電気化学素子は、電解質層が固体電解質からなることを特徴としていてもよい。この場合、固体電解質が、セラミックス固体電解質、固体高分子電解質、又は、液状電解質にゲル化剤を添加して得られるゲル状電解質からなることを特徴としていてもよい。   The electrochemical element obtained by the method for producing an electrochemical element of the present invention may be characterized in that the electrolyte layer is made of a solid electrolyte. In this case, the solid electrolyte may be a ceramic solid electrolyte, a solid polymer electrolyte, or a gel electrolyte obtained by adding a gelling agent to a liquid electrolyte.

この場合には、構成要素が全て固体である電気化学素子(例えば、いわゆる「全固体型電池」)を構成することができる。これにより電気化学素子の軽量化、エネルギー密度の向上及び安全性の向上をより容易に図ることができる。   In this case, an electrochemical element whose constituent elements are all solid (for example, a so-called “all-solid battery”) can be configured. Thereby, weight reduction of an electrochemical element, improvement of energy density, and improvement of safety can be achieved more easily.

電気化学素子として「全固体型電池」を構成した場合(特に全固体型のリチウムイオン2次電池を構成した場合)には、下記(I)〜(IV)の利点を有する。即ち、(I)電解質層が液状電解液ではなく固体電解質からなるため、液漏れの発生がなく、優れた耐熱性(高温安定性)を得ることができ、電解質成分と電極活物質との反応を十分に防止できる。そのため、優れた電池の安全性及び信頼性を得ることができる。(II)液状電解液からなる電解質層では困難であった金属リチウムをアノードとして使用すること(いわゆる「金属リチウム2次電池」を構成すること)が容易にでき、更なるエネルギー密度の向上を図ることができる。(III)複数の単位セルを1つのケース内に配置させたモジュールを構成する場合に、液状電解液からなる電解質層では実現不可能であった複数の単位セルの直列接合が可能になる。そのため、様々な出力電圧、特に比較的大きな出力電圧を有するモジュールを構成することができる。(IV)液状電解液からなる電解質層を備える場合に比較して、採用可能な電池形状の自由度が広くなると共に電池をコンパクトに構成することが容易にできる。そのため、電源として搭載される携帯機器等の機器内の設置条件(設置位置、設置スペースの大きさ及び、設置スペースの形状等の条件)に容易に適合させることができる。   When an “all solid state battery” is configured as an electrochemical element (particularly when an all solid state lithium ion secondary battery is configured), the following advantages (I) to (IV) are obtained. That is, (I) since the electrolyte layer is made of a solid electrolyte instead of a liquid electrolyte, there is no occurrence of liquid leakage and excellent heat resistance (high temperature stability) can be obtained, and the reaction between the electrolyte component and the electrode active material Can be sufficiently prevented. As a result, excellent battery safety and reliability can be obtained. (II) It is possible to easily use metallic lithium, which is difficult in an electrolyte layer made of a liquid electrolytic solution, as an anode (to constitute a so-called “metallic lithium secondary battery”), and to further improve the energy density. be able to. (III) In the case of configuring a module in which a plurality of unit cells are arranged in one case, a plurality of unit cells that cannot be realized with an electrolyte layer made of a liquid electrolyte can be connected in series. Therefore, it is possible to configure a module having various output voltages, particularly a relatively large output voltage. (IV) Compared with the case where an electrolyte layer made of a liquid electrolyte is provided, the degree of freedom of battery shape that can be adopted is widened, and the battery can be easily made compact. Therefore, it can be easily adapted to installation conditions (installation position, size of installation space, and shape of installation space, etc.) in a device such as a portable device mounted as a power source.

また、本発明の電気化学素子の製造方法においては、電解質層が、絶縁性の多孔体からなるセパレータと、セパレータ中に含侵された液状電解質又は固体電解質と、からなることを特徴としてもよい。この場合にも固体電解質を用いる場合は、セラミックス固体電解質、固体高分子電解質、又は、液状電解質にゲル化剤を添加して得られるゲル状電解質を使用することができる。   In the method for producing an electrochemical element of the present invention, the electrolyte layer may be composed of a separator made of an insulating porous body and a liquid electrolyte or a solid electrolyte impregnated in the separator. . Also in this case, when a solid electrolyte is used, a gel solid electrolyte obtained by adding a gelling agent to a ceramic solid electrolyte, a solid polymer electrolyte, or a liquid electrolyte can be used.

また、本発明は、プラズマガス雰囲気中において、炭素質材料からなる原料に対して高周波熱プラズマ処理を施すことにより電子伝導性を有する電極活物質からなる粒子を得るプラズマ処理を行うプラズマ処理部と、
不活性ガス雰囲気中で、プラズマ処理後に得られる電極活物質からなる粒子に対し、導電助剤と、電極活物質と導電助剤とを結着させることが可能な結着剤とを密着させて一体化することにより、電極活物質と、導電助剤と、結着剤とを含む電極用複合粒子を形成する造粒処理を行う造粒処理部と、
造粒処理を不活性ガス雰囲気中で行うための不活性ガス雰囲気形成手段と、
を有していること、
を特徴とする電極用複合粒子製造装置を提供する。
The present invention also provides a plasma processing unit for performing plasma processing to obtain particles made of an electrode active material having electron conductivity by subjecting a raw material made of a carbonaceous material to high-frequency thermal plasma processing in a plasma gas atmosphere. ,
In an inert gas atmosphere, a conductive assistant and a binder capable of binding the electrode active material and the conductive assistant are adhered to particles made of the electrode active material obtained after the plasma treatment. By integrating, a granulation treatment unit that performs a granulation treatment to form composite particles for an electrode including an electrode active material, a conductive additive, and a binder;
An inert gas atmosphere forming means for performing the granulation treatment in an inert gas atmosphere;
Having
An apparatus for producing composite particles for an electrode is provided.

このように、先に述べた本発明の電極用複合粒子の製造方法に基づいて作動する造粒処理部、及び不活性ガス雰囲気形成手段を設けることにより得られる電極用複合粒子を用いて活物質含有層を形成することにより、不可逆容量を十分に低減することが可能な電極用複合粒子を容易かつ確実に得ることができる。   As described above, the active material using the composite particles for electrodes obtained by providing the granulation processing section and the inert gas atmosphere forming means operating based on the method for producing composite particles for electrodes of the present invention described above. By forming the containing layer, it is possible to easily and surely obtain electrode composite particles capable of sufficiently reducing the irreversible capacity.

更に、本発明の電極用複合粒子製造装置は、造粒処理の後、得られる電極用複合粒子を前記不活性ガス雰囲気中で密閉した状態で保存可能なケース内に密閉する粒子保存処理を行う粒子保存処理部を更に備えていること、を特徴としていてもよい。これにより、製造した電極用複合粒子に含まれる電極活物質(炭素材料又は金属酸化物)の清浄化された表面をより確実に保持することが可能となる。   Furthermore, the composite particle manufacturing apparatus for an electrode of the present invention performs a particle storage process in which the composite particle for an electrode obtained is sealed in a case that can be stored in a sealed state in the inert gas atmosphere after the granulation process. A particle storage processing unit may be further provided. Thereby, it becomes possible to hold the cleaned surface of the electrode active material (carbon material or metal oxide) contained in the manufactured composite particle for electrode more reliably.

また、本発明は、電極活物質を含む導電性の活物質含有層と、活物質含有層に電気的に接触した状態で配置される導電性の集電体と、を少なくとも有する電極を製造するための電極製造装置であって、
プラズマガス雰囲気中において、炭素質材料からなる原料に対して高周波熱プラズマ処理を施すことにより電子伝導性を有する電極活物質からなる粒子を得るプラズマ処理を行うプラズマ処理部と、
不活性ガス雰囲気中で、プラズマ処理後に得られる電極活物質からなる粒子に対し、導電助剤と、電極活物質と導電助剤とを結着させることが可能な結着剤とを密着させて一体化することにより、電極活物質と、導電助剤と、結着剤とを含む電極用複合粒子を形成する造粒処理を行う造粒処理部と、
集電体の活物質含有層を形成すべき部位に、複合粒子を用いて活物質含有層を形成する活物質含有層形成処理部と、
造粒処理部における処理及び活物質含有層形成処理部における処理を不活性ガス雰囲気中で行うための不活性ガス雰囲気形成手段と、
を有していること、
を特徴とする電極製造装置を提供する。
In addition, the present invention produces an electrode having at least a conductive active material-containing layer containing an electrode active material and a conductive current collector disposed in electrical contact with the active material-containing layer. An electrode manufacturing apparatus for
A plasma processing unit that performs plasma processing to obtain particles made of an electrode active material having electron conductivity by performing high-frequency thermal plasma processing on a raw material made of a carbonaceous material in a plasma gas atmosphere;
In an inert gas atmosphere, a conductive assistant and a binder capable of binding the electrode active material and the conductive assistant are adhered to particles made of the electrode active material obtained after the plasma treatment. By integrating, a granulation treatment unit that performs a granulation treatment to form composite particles for an electrode including an electrode active material, a conductive additive, and a binder;
An active material-containing layer forming treatment unit that forms an active material-containing layer using composite particles at a site where an active material-containing layer of the current collector is to be formed;
An inert gas atmosphere forming means for performing the treatment in the granulation treatment section and the treatment in the active material-containing layer formation treatment section in an inert gas atmosphere;
Having
An electrode manufacturing apparatus is provided.

このように、先に述べた本発明の電極用複合粒子の製造方法及び本発明の電極の製造方法に基づいて作動するプラズマ処理部、造粒処理部、活物質含有層形成処理部及び不活性ガス雰囲気形成手段を備えることにより、不可逆容量を十分に低減することが可能な電極を容易かつ確実に得ることができる。   As described above, the plasma processing unit, the granulation processing unit, the active material-containing layer formation processing unit, and the inactive method that operate based on the method for manufacturing composite particles for electrodes of the present invention and the method for manufacturing electrodes of the present invention described above. By providing the gas atmosphere forming means, an electrode capable of sufficiently reducing the irreversible capacity can be obtained easily and reliably.

更に、本発明の電極製造装置は、活物質含有層形成処理部において前記活物質含有層を形成した後、得られる電極を前記不活性ガス雰囲気中で密閉した状態で保存可能なケース内に密閉する電極保存処理を行う電極保存処理部を更に備えていること、を特徴としていてもよい。これにより、製造した電極の活物質含有層に含まれる電極用複合粒子中の電極活物質(炭素材料又は金属酸化物)の清浄化された表面をより確実に保持することが可能となる。   Furthermore, the electrode manufacturing apparatus of the present invention is sealed in a case that can be stored in a sealed state in the inert gas atmosphere after the active material-containing layer is formed in the active material-containing layer formation processing unit. And an electrode storage processing unit that performs the electrode storage processing. Thereby, the cleaned surface of the electrode active material (carbon material or metal oxide) in the composite particles for electrodes contained in the active material-containing layer of the manufactured electrode can be more reliably retained.

また、本発明は、アノードと、カソードと、イオン伝導性を有する電解質層とを少なくとも備えており、アノードとカソードとが電解質層を介して対向配置された構成を有し、かつ、アノード及びカソードが電極活物質を含む導電性の活物質含有層と、活物質含有層に電気的に接触した状態で配置される導電性の集電体と、を少なくとも有する構成を有する電気化学素子を製造するための電気化学素子製造装置であって、
プラズマガス雰囲気中において、炭素質材料からなる原料に対して高周波熱プラズマ処理を施すことにより電子伝導性を有する電極活物質からなる粒子を得るプラズマ処理を行うプラズマ処理部と、
不活性ガス雰囲気中で、プラズマ処理後に得られる電極活物質からなる粒子に対し、導電助剤と、電極活物質と導電助剤とを結着させることが可能な結着剤とを密着させて一体化することにより、電極活物質と、導電助剤と、結着剤とを含む電極用複合粒子を形成する造粒処理を行う造粒処理部と、
集電体の活物質含有層を形成すべき部位に、複合粒子を用いて活物質含有層を形成する活物質含有層形成処理部と、
集電体と活物質含有層との積層体を、アノード及びカソードのうちの少なくとも一方の電極として使用し、電気化学素子を組み立てる素子組立処理部と、
造粒処理部における処理、活物質含有層形成処理部における処理及び素子組立処理部における処理を不活性ガス雰囲気中で行うための不活性ガス雰囲気形成手段と、
を有していること、
を特徴とする電気化学素子製造装置を提供する。
The present invention also includes at least an anode, a cathode, and an electrolyte layer having ionic conductivity, the anode and the cathode are arranged to face each other with the electrolyte layer interposed therebetween, and the anode and the cathode Manufactures an electrochemical device having a configuration having at least a conductive active material-containing layer containing an electrode active material and a conductive current collector disposed in electrical contact with the active material-containing layer An electrochemical device manufacturing apparatus for
A plasma processing unit that performs plasma processing to obtain particles made of an electrode active material having electron conductivity by performing high-frequency thermal plasma processing on a raw material made of a carbonaceous material in a plasma gas atmosphere;
In an inert gas atmosphere, a conductive assistant and a binder capable of binding the electrode active material and the conductive assistant are adhered to particles made of the electrode active material obtained after the plasma treatment. By integrating, a granulation treatment unit that performs a granulation treatment to form composite particles for an electrode including an electrode active material, a conductive additive, and a binder;
An active material-containing layer forming treatment unit that forms an active material-containing layer using composite particles at a site where an active material-containing layer of the current collector is to be formed;
An element assembly processing unit for assembling an electrochemical element by using a laminate of a current collector and an active material-containing layer as an electrode of at least one of an anode and a cathode;
An inert gas atmosphere forming means for performing processing in the granulation processing section, processing in the active material-containing layer formation processing section, and processing in the element assembly processing section in an inert gas atmosphere;
Having
An electrochemical device manufacturing apparatus is provided.

このように、先に述べた本発明の電極用複合粒子の製造方法、本発明の電極の製造方法及び本発明の電気化学素子の製造方法に基づいて作動するプラズマ処理部、造粒処理部、活物質含有層形成処理部、素子組立処理部及び不活性ガス雰囲気形成手段を備えることにより、不可逆容量を十分に低減することが可能な電気化学素子を容易かつ確実に得ることができる。   Thus, the plasma processing unit, the granulation processing unit that operates based on the method for manufacturing composite particles for electrodes of the present invention, the method for manufacturing electrodes of the present invention, and the method for manufacturing electrochemical devices of the present invention described above, By providing the active material-containing layer forming processing section, the element assembly processing section, and the inert gas atmosphere forming means, an electrochemical element capable of sufficiently reducing the irreversible capacity can be obtained easily and reliably.

本発明によれば、不可逆容量を十分に低減することが可能な電極用複合粒子の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the composite particle for electrodes which can fully reduce an irreversible capacity | capacitance can be provided.

また、本発明によれば、不可逆容量を十分に低減することが可能な電極の製造方法を提供することができる。   Moreover, according to this invention, the manufacturing method of the electrode which can fully reduce an irreversible capacity | capacitance can be provided.

更に、本発明によれば、不可逆容量が十分に低減され、十分な可逆容量及び充放電効率(特に初回充放電効率)を得ることが可能な電気化学素子の製造方法を提供することができる。   Furthermore, according to the present invention, an irreversible capacity can be sufficiently reduced, and a method for producing an electrochemical device capable of obtaining sufficient reversible capacity and charge / discharge efficiency (particularly, initial charge / discharge efficiency) can be provided.

また、本発明によれば、不可逆容量を十分に低減することが可能な電極用複合粒子を容易かつ確実に製造可能な電極用複合粒子製造装置を提供することができる。   Moreover, according to this invention, the composite particle manufacturing apparatus for electrodes which can manufacture the composite particle for electrodes which can fully reduce an irreversible capacity | capacitance easily and reliably can be provided.

更に、本発明によれば、不可逆容量を十分に低減することが可能な電極を容易かつ確実に製造可能な電極製造装置を提供することができる。   Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an electrode manufacturing apparatus capable of easily and reliably manufacturing an electrode capable of sufficiently reducing the irreversible capacity.

また、本発明によれば、不可逆容量が十分に低減され、十分な可逆容量及び充放電効率(特に初回充放電効率)を得ることが可能な電気化学素子を容易かつ確実に製造可能な電気化学素子製造装置を提供することができる。   In addition, according to the present invention, the irreversible capacity is sufficiently reduced, and an electrochemical element capable of easily and reliably producing an electrochemical element capable of obtaining sufficient reversible capacity and charge / discharge efficiency (particularly, initial charge / discharge efficiency). An element manufacturing apparatus can be provided.

以下、図面を参照しながら本発明のリチウムイオン2次電池の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the lithium ion secondary battery of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本発明の製造方法及び本発明の製造装置の好適な一実施形態により製造される電気化学素子の好適な基本構成について説明する。図1は本発明の製造方法の好適な一実施形態により製造される電気化学素子の一例(リチウムイオン2次電池)の基本構成を示す正面図である。また、図2は図1に示す電気化学素子の内部をアノード10の表面の法線方向からみた場合の展開図である。更に、図3は図1に示す電気化学素子を図1のX1−X1線に沿って切断した場合の模式断面図である。また、図4は図1に示す電気化学素子を図1のX2−X2線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。また、図5は図1に示す電気化学素子を図1のY−Y線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。   A preferred basic configuration of an electrochemical device produced by a preferred embodiment of the production method of the present invention and the production apparatus of the present invention will be described. FIG. 1 is a front view showing a basic configuration of an example of an electrochemical element (lithium ion secondary battery) manufactured by a preferred embodiment of the manufacturing method of the present invention. FIG. 2 is a development view when the inside of the electrochemical element shown in FIG. 1 is viewed from the normal direction of the surface of the anode 10. 3 is a schematic cross-sectional view of the electrochemical device shown in FIG. 1 cut along the line X1-X1 of FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the main part when the electrochemical device shown in FIG. 1 is cut along the line X2-X2 in FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the main part when the electrochemical device shown in FIG. 1 is cut along the line YY of FIG.

図1〜図5に示すように、リチウムイオン2次電池1は、主として、互いに対向する板状のアノード10及び板状のカソード20と、アノード10とカソード20との間に隣接して配置される板状の電解質層40(セパレータ等)と、非水電解質溶液と、これらを密閉した状態で収容するケース50と、アノード10に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケース50の外部に突出されるアノード用リード12と、カソード20に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケース50の外部に突出されるカソード用リード22とから構成されている。ここで、「アノード」10及び「カソード」20は説明の便宜上、リチウムイオン2次電池1の放電時の極性を基準に決定したものである。従って、充電時には、「アノード10」が「カソード」となり、「カソード20」が「アノード」となる。   As shown in FIGS. 1 to 5, the lithium ion secondary battery 1 is mainly disposed adjacent to each other between a plate-like anode 10 and a plate-like cathode 20 facing each other, and the anode 10 and the cathode 20. A plate-like electrolyte layer 40 (separator or the like), a non-aqueous electrolyte solution, a case 50 containing these in a sealed state, and one end electrically connected to the anode 10 and the other end Is composed of an anode lead 12 protruding outside the case 50 and a cathode lead 22 having one end electrically connected to the cathode 20 and the other end protruding outside the case 50. Has been. Here, the “anode” 10 and the “cathode” 20 are determined based on the polarity at the time of discharging of the lithium ion secondary battery 1 for the convenience of explanation. Accordingly, during charging, “anode 10” becomes “cathode” and “cathode 20” becomes “anode”.

そして、リチウムイオン2次電池1は、先に述べた本発明の目的を達成するために、以下に説明する構成を有している。以下に図1〜図9に基づいて本実施形態の各構成要素の詳細を説明する。   And the lithium ion secondary battery 1 has the structure demonstrated below, in order to achieve the objective of this invention described previously. Details of each component of the present embodiment will be described below with reference to FIGS.

ケース50は、互いに対向する一対のフィルム(第1のフィルム51及び第2のフィルム52)を用いて形成されている。ここで、図2に示すように、本実施形態における第1のフィルム51及び第2のフィルム52は連結している。すなわち、本実施形態におけるケース50は、一枚の複合包装フィルムからなる矩形状のフィルムを、図2に示す折り曲げ線X3−X3において折り曲げ、矩形状のフィルムの対向する1組の縁部同士(図中の第1のフィルム51の縁部51B及び第2のフィルム52の縁部52B)を重ね合せて接着剤を用いるか又はヒートシールを行うことにより形成されている。   The case 50 is formed by using a pair of films (a first film 51 and a second film 52) that face each other. Here, as shown in FIG. 2, the first film 51 and the second film 52 in this embodiment are connected. That is, the case 50 in the present embodiment is formed by folding a rectangular film made of a single composite packaging film along a fold line X3-X3 shown in FIG. 2 and a pair of edges of the rectangular film facing each other ( The edge 51B of the first film 51 and the edge 52B of the second film 52 in the figure are overlapped to form an adhesive or heat seal.

そして、第1のフィルム51及び第2のフィルム52は、1枚の矩形状のフィルム53を上述のように折り曲げた際にできる互いに対向する面を有する該フィルムの部分をそれぞれ示す。ここで、本明細書において、接合された後の第1のフィルム51及び第2のフィルム52のそれぞれの縁部を「シール部」という。   And the 1st film 51 and the 2nd film 52 respectively show the part of this film which has a mutually opposing surface formed when the sheet-like rectangular film 53 is bend | folded as mentioned above. Here, in this specification, each edge part of the 1st film 51 after bonding and the 2nd film 52 is called "seal part."

これにより、折り曲げ線X3−X3の部分に第1のフィルム51と第2のフィルム52とを接合させるためのシール部を設ける必要がなくなるため、ケース50におけるシール部をより低減することができる。その結果、リチウムイオン2次電池1の設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度をより向上させることができる。   Thereby, since it becomes unnecessary to provide the seal part for joining the 1st film 51 and the 2nd film 52 in the part of bending line X3-X3, the seal part in case 50 can be reduced more. As a result, the volume energy density based on the volume of the space in which the lithium ion secondary battery 1 should be installed can be further improved.

そして、本実施形態の場合、図1及び図2に示すように、アノード10に接続されたアノード用リード12及びカソード用リード22のそれぞれの一端が、上述の第1のフィルム51の縁部51Bと第2のフィルムの縁部52Bとを接合したシール部から外部に突出するように配置されている。   In the case of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, one end of each of the anode lead 12 and the cathode lead 22 connected to the anode 10 is the edge portion 51 </ b> B of the first film 51 described above. And the edge portion 52B of the second film are arranged so as to protrude to the outside from the sealed portion.

また、第1のフィルム51及び第2のフィルム52を構成するフィルムは先に述べたように、可とう性を有するフィルムである。フィルムは軽量であり薄膜化が容易なため、リチウムイオン2次電池自体の形状を薄膜状とすることができる。そのため、本来の体積エネルギー密度を容易に向上させることができるとともに、リチウムイオン2次電池の設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度も容易に向上させることができる。   Moreover, the film which comprises the 1st film 51 and the 2nd film 52 is a film which has flexibility as stated above. Since the film is lightweight and easy to thin, the shape of the lithium ion secondary battery itself can be made into a thin film. Therefore, the original volume energy density can be easily improved, and the volume energy density based on the volume of the space in which the lithium ion secondary battery is to be installed can be easily improved.

このフィルムは可とう性を有するフィルムであれば特に限定されないが、ケースの充分な機械的強度と軽量性を確保しつつ、ケース50外部からケース50内部への水分や空気の侵入及びケース50内部からケース50外部への電解質成分の逸散を効果的に防止する観点から、非水電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層と、最内部の層の上方に配置される金属層とを少なくとも有する「複合包装フィルム」であることが好ましい。   The film is not particularly limited as long as it is a flexible film. However, while ensuring sufficient mechanical strength and light weight of the case, moisture and air intrusion into the case 50 from the outside of the case 50 and the inside of the case 50 can be achieved. From the viewpoint of effectively preventing the electrolyte component from escaping to the outside of the case 50, an innermost layer made of a synthetic resin that comes into contact with the nonaqueous electrolyte solution, and a metal layer disposed above the innermost layer, It is preferably a “composite packaging film” having at least

第1のフィルム51及び第2のフィルム52として使用可能な複合包装フィルムとしては、例えば、図6及び図7に示す構成の複合包装フィルムが挙げられる。図6に示す複合包装フィルム53は、その内面F53において非水電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層50aと、最内部の層50aのもう一方の面(外側の面)上に配置される金属層50cとを有する。また、図7に示す複合包装フィルム54は、図6に示す複合包装フィルム53の金属層50cの外側の面に更に合成樹脂製の最外部の層50bが配置された構成を有する。   Examples of the composite packaging film that can be used as the first film 51 and the second film 52 include a composite packaging film having a configuration shown in FIGS. 6 and 7. The composite packaging film 53 shown in FIG. 6 is disposed on the innermost layer 50a made of a synthetic resin that comes into contact with the nonaqueous electrolyte solution on the inner surface F53, and on the other surface (outer surface) of the innermost layer 50a. And a metal layer 50c. Further, the composite packaging film 54 shown in FIG. 7 has a configuration in which an outermost layer 50b made of synthetic resin is further arranged on the outer surface of the metal layer 50c of the composite packaging film 53 shown in FIG.

第1のフィルム51及び第2のフィルム52として使用可能な複合包装フィルムは、上述の最内部の層をはじめとする1以上の合成樹脂の層、金属箔などの金属層を備えた2以上の層を有する複合包装材であれば特に限定されないが、上記と同様の効果をより確実に得る観点から、図7に示した複合包装フィルム54のように、最内部の層50aと、最内部の層50aから最も遠いケース50の外表面の側に配置される合成樹脂製の最外部の層50bと、最内部の層50aと最外部の層50bとの間に配置される少なくとも1つの金属層50cとを有する3層以上の層から構成されていることがより好ましい。   The composite packaging film that can be used as the first film 51 and the second film 52 includes two or more layers including one or more synthetic resin layers including the innermost layer described above and a metal layer such as a metal foil. Although it will not specifically limit if it is the composite packaging material which has a layer, From the viewpoint of acquiring the same effect as the above more reliably, like the composite packaging film 54 shown in FIG. Synthetic resin outermost layer 50b disposed on the outer surface side of case 50 furthest from layer 50a, and at least one metal layer disposed between innermost layer 50a and outermost layer 50b More preferably, it is composed of three or more layers having 50c.

最内部の層50aは可とう性を有する層であり、その構成材料は上記の可とう性を発現させることが可能であり、かつ、使用される非水電解質溶液30に対する化学的安定性(化学反応、溶解、膨潤が起こらない特性)、並びに、酸素及び水(空気中の水分)に対する化学的安定性を有している合成樹脂であれば特に限定されないが、更に酸素、水(空気中の水分)及び非水電解質溶液30の成分に対する透過性の低い特性を有している材料が好ましい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン酸変成物、ポリプロピレン酸変成物、ポリエチレンアイオノマー、ポリプロピレンアイオノマー等の熱可塑性樹脂などが挙げられる。   The innermost layer 50a is a layer having flexibility, and the constituent material thereof can express the above-mentioned flexibility, and the chemical stability (chemical properties) with respect to the non-aqueous electrolyte solution 30 to be used. It is not particularly limited as long as it is a synthetic resin having a chemical stability with respect to oxygen and water (moisture in the air), and oxygen, water (in the air) A material having a property of low permeability to moisture and components of the non-aqueous electrolyte solution 30 is preferable. Examples thereof include thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, polyethylene acid modified product, polypropylene acid modified product, polyethylene ionomer, and polypropylene ionomer.

また、図7に示した複合包装フィルム54のように、最内部の層50a以外に、最外部の層50b等のような合成樹脂製の層を更に設ける場合、この合成樹脂製の層も、上記最内部の層50aと同様の構成材料を使用してよい。   Further, when a synthetic resin layer such as the outermost layer 50b is further provided in addition to the innermost layer 50a as in the composite packaging film 54 shown in FIG. Constituent materials similar to the innermost layer 50a may be used.

金属層50cとしては、酸素、水(空気中の水分)及び非水電解質溶液に対する耐腐食性を有する金属材料から形成されている層であることが好ましい。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、クロム等からなる金属箔を使用してもよい。   The metal layer 50c is preferably a layer formed of a metal material having corrosion resistance against oxygen, water (water in the air) and a non-aqueous electrolyte solution. For example, a metal foil made of aluminum, aluminum alloy, titanium, chromium, or the like may be used.

また、ケース50における全てのシール部のシール方法は、特に限定されないが、生産性の観点から、ヒートシール法であることが好ましい。   Moreover, the sealing method of all the sealing parts in the case 50 is not particularly limited, but the heat sealing method is preferable from the viewpoint of productivity.

次に、アノード10及びカソード20について説明する。図8は図1に示すリチウムイオン2次電池のアノードの基本構成の一例を示す模式断面図である。また、図9は、図1に示すリチウムイオン2次電池のカソードの基本構成の一例を示す模式断面図である。   Next, the anode 10 and the cathode 20 will be described. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an example of the basic configuration of the anode of the lithium ion secondary battery shown in FIG. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of the basic configuration of the cathode of the lithium ion secondary battery shown in FIG.

図8に示すようにアノード10は、集電体16と、該集電体16上に形成されたアノード活物質含有層18とからなる。また、図9に示すようにカソード20は、集電体26と、該集電体26上に形成されたカソード活物質含有層28とからなる。   As shown in FIG. 8, the anode 10 includes a current collector 16 and an anode active material-containing layer 18 formed on the current collector 16. As shown in FIG. 9, the cathode 20 includes a current collector 26 and a cathode active material-containing layer 28 formed on the current collector 26.

集電体16及び集電体26は、アノード活物質含有層18及びカソード活物質含有層28への電荷の移動を充分に行うことができる良導体であれば特に限定されず、公知のリチウムイオン2次電池に用いられている集電体を使用することができる。例えば、集電体16及び集電体26としては、アルミニウム、銅などの金属箔が挙げられる。   The current collector 16 and the current collector 26 are not particularly limited as long as they are good conductors that can sufficiently transfer charges to the anode active material-containing layer 18 and the cathode active material-containing layer 28. The current collector used for the secondary battery can be used. For example, the current collector 16 and the current collector 26 include metal foils such as aluminum and copper.

また、アノード10の活物質含有層18は、主として、図10に示す複合粒子P10から構成されている。図10は、本発明の製造方法における造粒工程において製造される複合粒子の基本構成の一例を示す模式断面図である。更に、複合粒子P10は、電極活物質からなる粒子P1と、導電助剤からなる粒子P2と、結着剤からなる粒子P3とから構成されている。この複合粒子P10の平均粒子径は特に限定されない。この複合粒子P10は、電極活物質からなる粒子P1と導電助剤からなる粒子P2とが孤立せずに電気的に結合した構造を有している。そのため、活物質含有層18においても、電極活物質からなる粒子P1と導電助剤からなる粒子P2とが孤立せずに電気的に結合した構造が形成されている。   Further, the active material-containing layer 18 of the anode 10 is mainly composed of composite particles P10 shown in FIG. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing an example of the basic configuration of composite particles produced in the granulation step in the production method of the present invention. Further, the composite particles P10 are composed of particles P1 made of an electrode active material, particles P2 made of a conductive additive, and particles P3 made of a binder. The average particle size of the composite particles P10 is not particularly limited. The composite particle P10 has a structure in which particles P1 made of an electrode active material and particles P2 made of a conductive additive are electrically coupled without being isolated. Therefore, also in the active material-containing layer 18, a structure is formed in which the particles P1 made of the electrode active material and the particles P2 made of the conductive auxiliary agent are electrically isolated without being isolated.

アノード10に含まれる複合粒子P10を構成する電極活物質は特に限定されず公知の電極活物質を使用してよい。例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出(インターカレート、或いはドーピング・脱ドーピング)可能な黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、Al、Si、Sn等のリチウムと化合することのできる金属、SiO2、SnO2等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(Li3Ti512)等が挙げられる。 The electrode active material constituting the composite particle P10 contained in the anode 10 is not particularly limited, and a known electrode active material may be used. For example, carbon materials such as graphite, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, low-temperature calcined carbon, etc. that can occlude / release lithium ions (intercalation or doping / dedoping), lithium such as Al, Si, Sn, etc. Metal, an amorphous compound mainly composed of oxides such as SiO 2 and SnO 2 , lithium titanate (Li 3 Ti 5 O 12 ), and the like.

アノード10に含まれる複合粒子P10を構成する導電助剤は特に限定されず公知の導電助剤を使用してよい。例えば、カーボンブラック類、高結晶性の人造黒鉛、天然黒鉛等の炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、上記炭素材料及び金属微粉の混合物、ITOのような導電性酸化物が挙げられる。   The conductive aid constituting the composite particle P10 contained in the anode 10 is not particularly limited, and a known conductive aid may be used. For example, carbon blacks, carbon materials such as highly crystalline artificial graphite and natural graphite, metal fine powders such as copper, nickel, stainless steel and iron, mixtures of the above carbon materials and metal fine powders, conductive oxides such as ITO Can be mentioned.

アノード10に含まれる複合粒子P10を構成する結着剤は、上記の電極活物質の粒子と導電助剤からなる粒子P2とを結着可能なものであれば特に限定されない。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂が挙げられる。また、この結着剤は、上記の電極活物質からなる粒子P1と導電助剤からなる粒子P2とを結着するのみならず、箔(集電体24)と複合粒子P10との結着に対しても寄与している。   The binder constituting the composite particle P10 included in the anode 10 is not particularly limited as long as it can bind the electrode active material particles and the particles P2 made of a conductive additive. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoro Examples thereof include fluorine resins such as ethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), and polyvinyl fluoride (PVF). The binder not only binds the particles P1 made of the electrode active material and the particles P2 made of the conductive additive, but also binds the foil (current collector 24) and the composite particles P10. It also contributes.

また、上記の他に、結着剤は、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。   In addition to the above, the binder may be, for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF- HFP-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluorine rubber (VDF-PFP fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFP-TFE fluorine rubber) ), Vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFMVE-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluorine rubber It may be used vinylidene fluoride fluoroelastomer of the VDF-CTFE-based fluorine rubber) and the like.

更に、上記の他に、結着剤は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等を用いてもよい。また、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子を用いてもよい。更に、シンジオタクチック1、2−ポリブタジエン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン(炭素数2〜12)共重合体等を用いてもよい。また、導電性高分子を用いてもよい。   In addition to the above, as the binder, for example, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide, cellulose, styrene / butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, or the like may be used. Also, thermoplastic elastomeric polymers such as styrene / butadiene / styrene block copolymers, hydrogenated products thereof, styrene / ethylene / butadiene / styrene copolymers, styrene / isoprene / styrene block copolymers, and hydrogenated products thereof. May be used. Further, syndiotactic 1,2-polybutadiene, ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin (carbon number 2 to 12) copolymer and the like may be used. Further, a conductive polymer may be used.

また、複合粒子P10には、導電性高分子からなる粒子を当該複合粒子P10の構成成分として更に添加してもよい。更に、複合粒子P10を用いて乾式法により電極を形成する際には、複合粒子を少なくとも含む粉体の構成成分として添加してもよい。また、複合粒子P10を用いて湿式法により電極を形成する際には、複合粒子P10を含む塗布液又は混練物を調製する際に、導電性高分子からなる粒子を当該塗布液又は混練物の構成材料として添加してもよい。   Moreover, you may further add to the composite particle P10 the particle | grains which consist of an electroconductive polymer as a structural component of the said composite particle P10. Furthermore, when forming an electrode by a dry method using the composite particle P10, it may be added as a constituent component of a powder containing at least the composite particle. Further, when forming an electrode by a wet method using the composite particles P10, when preparing a coating solution or kneaded product containing the composite particles P10, particles made of a conductive polymer are added to the coating solution or kneaded product. It may be added as a constituent material.

例えば、導電性高分子は、リチウムイオンの伝導性を有していれば特に限定されない。例えば、高分子化合物(ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリエーテル化合物の架橋体高分子、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、ポリアクリロニトリル等)のモノマーと、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCl、LiBr、Li(CF3SO22N、LiN(C25SO2)2リチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩と、を複合化させたもの等が挙げられる。複合化に使用する重合開始剤としては、例えば、上記のモノマーに適合する光重合開始剤または熱重合開始剤が挙げられる。 For example, the conductive polymer is not particularly limited as long as it has lithium ion conductivity. For example, polymer compounds (polyether-based polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, crosslinked polymers of polyether compounds, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene carbonate, polyacrylonitrile, etc.) Monomer and an alkali metal salt mainly composed of LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCl, LiBr, Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 lithium salt And the like. Examples of the polymerization initiator used for the combination include a photopolymerization initiator or a thermal polymerization initiator that is compatible with the above-described monomer.

なお、2次電池1を金属リチウム2次電池とする場合には、そのアノード(図示せず)は、集電体を兼ねた金属リチウム又はリチウム合金のみからなる電極であってもよい。リチウム合金は特に限定されず、例えば、Li−Al,LiSi,LiSn等の合金(ここでは、LiSiも合金として取り扱うものとする)があげられる。この場合、カソードは後述する構成の複合粒子P10を用いて構成する。   When the secondary battery 1 is a metal lithium secondary battery, the anode (not shown) may be an electrode made of only metal lithium or a lithium alloy that also serves as a current collector. The lithium alloy is not particularly limited, and examples thereof include alloys such as Li—Al, LiSi, and LiSn (here, LiSi is also handled as an alloy). In this case, the cathode is configured using composite particles P10 having a configuration described later.

図1に示す2次電池1のカソード20は、膜状の集電体34と、集電体34と電解質層40との間に配置される膜状の活物質含有層28とから構成されている。なお、このカソード20は充電時においては外部電源のカソード(何れも図示せず)に接続され、アノードとして機能する。また、このカソード20の形状は特に限定されず、例えば、図示するように薄膜状であってもよい。カソード20の集電体34としては、例えば、アルミ箔が用いられる。   The cathode 20 of the secondary battery 1 shown in FIG. 1 includes a film-like current collector 34 and a film-like active material containing layer 28 disposed between the current collector 34 and the electrolyte layer 40. Yes. The cathode 20 is connected to a cathode (none of which is shown) of an external power source during charging and functions as an anode. The shape of the cathode 20 is not particularly limited, and may be, for example, a thin film as illustrated. For example, an aluminum foil is used as the current collector 34 of the cathode 20.

カソード20に含まれる複合粒子P10を構成する電極活物質は特に限定されず公知の電極活物質を使用してよい。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn24)、及び、一般式:LiNixMnyCoz2(x+y+z=1)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物、V25、オリビン型LiMPO4(ただし、Mは、Co、Ni、Mn又はFeを示す)、チタン酸リチウム((Li3Ti512)等が挙げられる。 The electrode active material constituting the composite particle P10 contained in the cathode 20 is not particularly limited, and a known electrode active material may be used. For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickel oxide (LiNiO 2), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4), and the general formula: represented by LiNi x Mn y Co z O 2 (x + y + z = 1) Examples include composite metal oxides, lithium vanadium compounds, V 2 O 5 , olivine-type LiMPO 4 (wherein M represents Co, Ni, Mn, or Fe), lithium titanate ((Li 3 Ti 5 O 12 ), and the like. It is done.

更に、カソード20に含まれる複合粒子P10を構成する電極活物質以外の各構成要素は、アノード10に含まれる複合粒子P10を構成するものと同様の物質を使用することができる。また、このカソード20に含まれる複合粒子P10を構成する結着剤も、上記の電極活物質からなる粒子P1と導電助剤からなる粒子P2とを結着のみならず、箔(集電体34)と複合粒子P10との結着に対しても寄与している。この複合粒子P10は、先にも述べたように電極活物質からなる粒子P1と導電助剤からなる粒子P2とが孤立せずに電気的に結合した構造を有している。そのため、活物質含有層28においても、電極活物質からなる粒子P1と導電助剤からなる粒子P2とが孤立せずに電気的に結合した構造が形成されている。   Furthermore, each component other than the electrode active material constituting the composite particle P10 contained in the cathode 20 can use the same material as that constituting the composite particle P10 contained in the anode 10. In addition, the binder constituting the composite particle P10 contained in the cathode 20 not only binds the particle P1 made of the electrode active material and the particle P2 made of the conductive assistant, but also a foil (current collector 34). ) And the composite particle P10. As described above, the composite particle P10 has a structure in which the particle P1 made of an electrode active material and the particle P2 made of a conductive additive are electrically isolated without being isolated. Therefore, also in the active material containing layer 28, a structure is formed in which the particles P1 made of the electrode active material and the particles P2 made of the conductive assistant are electrically isolated without being isolated.

ここで、導電助剤、電極活物質及び固体高分子電解質との接触界面を3次元的にかつ充分な大きさで形成する観点から、上記のアノード10及びカソード20にそれぞれ含まれる各電極活物質からなる粒子P1のBET比表面積は、カソード20の場合0.1〜1.0m2/gであることが好ましく、0.1〜0.6m2/gであることがより好ましい。また、アノード10の場合0.1〜10m2/gであることが好ましく、0.1〜5m2/gであることがより好ましい。なお、電気化学素子が2重層キャパシタの場合には、カソード20及びアノード10ともに500〜3000m2/gであることが好ましい。 Here, from the viewpoint of forming a contact interface with the conductive auxiliary agent, the electrode active material, and the solid polymer electrolyte in a three-dimensional and sufficient size, each electrode active material included in each of the anode 10 and the cathode 20 described above. In the case of the cathode 20, the BET specific surface area of the particles P1 made of is preferably 0.1 to 1.0 m 2 / g, and more preferably 0.1 to 0.6 m 2 / g. It is preferable that when the anode 10 is 0.1 to 10 m 2 / g, more preferably 0.1 to 5 m 2 / g. When the electrochemical element is a double layer capacitor, both the cathode 20 and the anode 10 are preferably 500 to 3000 m 2 / g.

更に、同様の観点から、各電極活物質からなる粒子P1の平均粒径は、カソード20の場合5〜20μmであることが好ましく、5〜15μmであることがより好ましい。また、アノード10の場合1〜50μmであることが好ましく、1〜30μmであることがより好ましい。更に、同様の観点から、電極活物質に付着する導電助剤及び結着剤の量は、100×(導電助剤の質量+結着剤の質量)/(電極活物質の質量)の値で表現した場合、1〜30質量%であることが好ましく、3〜15質量%であることがより好ましい。   Furthermore, from the same viewpoint, the average particle diameter of the particles P1 made of each electrode active material is preferably 5 to 20 μm, more preferably 5 to 15 μm in the case of the cathode 20. Moreover, in the case of the anode 10, it is preferable that it is 1-50 micrometers, and it is more preferable that it is 1-30 micrometers. Furthermore, from the same point of view, the amount of the conductive assistant and the binder adhering to the electrode active material is a value of 100 × (mass of conductive assistant + mass of binder) / (mass of electrode active material). When expressed, it is preferably 1 to 30% by mass, and more preferably 3 to 15% by mass.

電解質層40は、電解液からなる層であってもよく、固体電解質(セラミックス固体電解質、固体高分子電解質)からなる層であってもよく、セパレータと該セパレータ中に含浸された電解液及び/又は固体電解質とからなる層であってもよい。   The electrolyte layer 40 may be a layer made of an electrolytic solution, a layer made of a solid electrolyte (ceramic solid electrolyte, solid polymer electrolyte), an electrolyte solution impregnated in the separator and / or Alternatively, it may be a layer made of a solid electrolyte.

電解液30は、リチウム含有電解質を非水溶媒に溶解して調製する。リチウム含有電解質としては、例えば、LiClO4、LiBF4、LiPF6等から適宜選択すればよく、また、Li(CF3SO22N、Li(C25SO22Nのようなリチウムイミド塩や、LiB(C242などを使用することもできる。非水溶媒としては、例えば、エーテル類、ケトン類、カーボネート類等、特開昭63−121260号公報などに例示される有機溶媒から選択することができるが、本発明では特にカーボネート類を用いることが好ましい。カーボネート類のうちでは、特にエチレンカーボネートを主成分とし他の溶媒を1種類以上添加した混合溶媒を用いることが好ましい。混合比率は、通常、エチレンカーボネート:他の溶媒=5〜70:95〜30(体積比)とすることが好ましい。エチレンカーボネートは凝固点が36.4℃と高く、常温では固化しているため、エチレンカーボネート単独では電池の電解液としては使用できないが、凝固点の低い他の溶媒を1種類以上添加することにより、混合溶媒の凝固点が低くなり、使用可能となる。この場合の他の溶媒としてはエチレンカーボネートの凝固点を低くするものであれば何でもよい。例えばジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−パレロラクトン、γ−オクタノイックラクトン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−エトキシメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、1,3−ジオキソラナン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、4,4−ジメチル−1,3−ジオキサン、ブチレンカーボネート、蟻酸メチルなどが挙げられる。アノードの活物質として炭素質材料を用い、且つ上記混合溶媒を用いることにより、電池容量が著しく向上し、不可逆容量率を十分に低くすることができる。 The electrolytic solution 30 is prepared by dissolving a lithium-containing electrolyte in a non-aqueous solvent. The lithium-containing electrolyte may be appropriately selected from, for example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6, etc., and Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, etc. Lithium imide salt, LiB (C 2 O 4 ) 2 or the like can also be used. The non-aqueous solvent can be selected from, for example, ethers, ketones, carbonates and the like, and organic solvents exemplified in JP-A No. 63-121260, but in the present invention, carbonates are particularly used. Is preferred. Among carbonates, it is particularly preferable to use a mixed solvent in which ethylene carbonate is the main component and one or more other solvents are added. Usually, the mixing ratio is preferably ethylene carbonate: other solvent = 5 to 70:95 to 30 (volume ratio). Since ethylene carbonate has a high freezing point of 36.4 ° C and is solidified at room temperature, ethylene carbonate alone cannot be used as a battery electrolyte, but it can be mixed by adding one or more other solvents having a low freezing point. The freezing point of the solvent is lowered and it can be used. In this case, any other solvent may be used as long as it lowers the freezing point of ethylene carbonate. For example, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-parerolactone, γ-octanoic lactone, 1,2-diethoxyethane, 1,2-ethoxymethoxy Examples include ethane, 1,2-dibutoxyethane, 1,3-dioxolanane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 4,4-dimethyl-1,3-dioxane, butylene carbonate, and methyl formate. By using a carbonaceous material as the active material of the anode and using the above mixed solvent, the battery capacity is remarkably improved, and the irreversible capacity ratio can be sufficiently lowered.

固体高分子電解質としては、例えば、イオン伝導性を有する導電性高分子が挙げられる。   Examples of the solid polymer electrolyte include a conductive polymer having ionic conductivity.

上記導電性高分子としては、リチウムイオンの伝導性を有していれば特に限定されず、例えば、高分子化合物(ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリエーテル化合物の架橋体高分子、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、ポリアクリロニトリル等)のモノマーと、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCl、LiBr、Li(CF3SO22N、LiN(C25SO2)2リチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩と、を複合化させたもの等が挙げられる。複合化に使用する重合開始剤としては、例えば、上記のモノマーに適合する光重合開始剤又は熱重合開始剤が挙げられる。 The conductive polymer is not particularly limited as long as it has lithium ion conductivity. For example, polymer compounds (polyether polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, and high cross-linked polymers of polyether compounds) Molecules, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene carbonate, polyacrylonitrile, etc.) monomers, and LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCl, LiBr, Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 Lithium salt or a composite of an alkali metal salt mainly composed of lithium and the like can be mentioned. Examples of the polymerization initiator used for the combination include a photopolymerization initiator or a thermal polymerization initiator that is compatible with the above-described monomer.

更に、高分子固体電解質を構成する支持塩としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiCF3CF2SO3、LiC(CF3SO23、LiN(CF3SO22、LiN(CF3CF2SO22、LiN(CF3SO2)(C49SO2)及びLiN(CF3CF2CO)2等の塩、又は、これらの混合物が挙げられる。 Further, as the supporting salt constituting the polymer solid electrolyte, for example, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CF 2 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) and a salt such as LiN (CF 3 CF 2 CO) 2 , or These mixtures are mentioned.

電解質層40にセパレータを使用する場合、その構成材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフイン類の一種又は二種以上(二種以上の場合、二層以上のフィルムの張り合わせ物等がある)、ポリエチレンテレフタレートのようなポリエステル類、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体のような熱可塑性フッ素樹脂類、セルロース類等がある。シートの形態はJIS−P8117に規定する方法で測定した通気度が5〜2000秒/100cc程度、厚さが5〜100μm程度の微多孔膜フィルム、織布、不織布等がある。なお、固体電解質のモノマーをセパレータに含浸、硬化させて高分子化して使用してもよい。また、先に述べた電解液を多孔質のセパレータ中に含有させて使用してもよい。   In the case of using a separator for the electrolyte layer 40, the constituent material thereof is, for example, one or more polyolefins such as polyethylene and polypropylene (in the case of two or more, there is a laminate of two or more layers). And polyesters such as polyethylene terephthalate, thermoplastic fluororesins such as ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, and celluloses. The form of the sheet includes a microporous membrane film, a woven fabric, a non-woven fabric, etc. having an air permeability measured by the method specified in JIS-P8117 of about 5 to 2000 sec / 100 cc and a thickness of about 5 to 100 μm. A solid electrolyte monomer may be impregnated into a separator and cured to be polymerized. Moreover, you may use it, making the electrolyte solution mentioned above contain in a porous separator.

以上説明した電気化学素子(リチウムイオン2次電池は)は、本発明の電極用複合粒子の製造方法、電極の製造方法、及び、電気化学素子の製造方法に従い製造することができる。また、以上説明した電気化学素子(リチウムイオン2次電池は)は、上記本発明の各製造方法に基づいて作動する機構を有する、本発明の電極用複合粒子製造装置、電極製造装置、及び、電気化学素子の製造装置により製造することができる。   The electrochemical device (lithium ion secondary battery) described above can be produced according to the method for producing composite particles for an electrode, the method for producing an electrode, and the method for producing an electrochemical device of the present invention. Moreover, the electrochemical element (lithium ion secondary battery) demonstrated above has the mechanism which operate | moves based on each manufacturing method of the said invention, The composite particle manufacturing apparatus for electrodes of this invention, an electrode manufacturing apparatus, and It can manufacture with the manufacturing apparatus of an electrochemical element.

次に、本発明の各製造方法及び上記本発明の各製造装置の好適な一実施形態について説明する。   Next, a preferred embodiment of each manufacturing method of the present invention and each manufacturing apparatus of the present invention will be described.

図11は、本発明の電気化学素子製造装置の好適な一実施形態の基本構成を示す説明図である。図11に示す素子組立処理部90は、主として、プラズマ処理部91と、造粒処理部92と、活物質含有層形成処理部93と、素子組立処理部94と、不活性ガス雰囲気形成手段95とから構成されている。この素子組立処理部90は、本発明の各製造方法に基づいて作動する機構を有している。   FIG. 11 is an explanatory diagram showing the basic configuration of a preferred embodiment of the electrochemical device manufacturing apparatus of the present invention. 11 mainly includes a plasma processing unit 91, a granulation processing unit 92, an active material containing layer formation processing unit 93, an element assembly processing unit 94, and an inert gas atmosphere forming means 95. It consists of and. The element assembly processing unit 90 has a mechanism that operates based on each manufacturing method of the present invention.

以下、プラズマ処理部91、造粒処理部92、活物質含有層形成処理部93、素子組立処理部94、及び、不活性ガス雰囲気形成手段95の構成を詳細に説明し、同時に各々の動作方法について説明することにより本発明の各製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, the configurations of the plasma processing unit 91, the granulation processing unit 92, the active material-containing layer formation processing unit 93, the element assembly processing unit 94, and the inert gas atmosphere forming unit 95 will be described in detail, and each operation method at the same time. A preferred embodiment of each manufacturing method of the present invention will be described in detail.

不活性ガス雰囲気形成手段95は、後述するプラズマ処理部91におけるプラズマ処理後における全ての製造工程を不活性ガス雰囲気中で行うための機構を有している。不活性ガス雰囲気形成手段95としては、例えば、グローブボックスが好ましく挙げられる。素子組立処理部90では、グローブボックス等の不活性ガス雰囲気形成手段95により、プラズマ処理後における全ての製造工程を不活性ガス雰囲気中で製造作業が進行されるようになっている。例えば、グローブボックス等の不活性ガス雰囲気形成手段95内部を不活性ガスで満たし、酸素濃度を1ppm以下に調節し、かつ、相対湿度を0.04%(露点温度で約−60℃)以下に調節して製造作業を行なう。   The inert gas atmosphere forming means 95 has a mechanism for performing all the manufacturing steps after the plasma processing in the plasma processing section 91 described later in an inert gas atmosphere. As an inert gas atmosphere formation means 95, a glove box is mentioned preferably, for example. In the element assembly processing unit 90, all the manufacturing processes after the plasma processing are performed in an inert gas atmosphere by an inert gas atmosphere forming means 95 such as a glove box. For example, the inside of the inert gas atmosphere forming means 95 such as a glove box is filled with an inert gas, the oxygen concentration is adjusted to 1 ppm or less, and the relative humidity is set to 0.04% (dew point temperature of about −60 ° C.) or less. Adjust and perform manufacturing operations.

プラズマ処理部91では、プラズマガス雰囲気中において、炭素質材料からなる原料に対して高周波熱プラズマ処理を施すことにより電子伝導性を有する電極活物質からなる粒子を得るプラズマ処理工程を行が行われる。   In the plasma processing unit 91, a plasma processing step is performed in which, in a plasma gas atmosphere, a raw material made of a carbonaceous material is subjected to high frequency thermal plasma processing to obtain particles made of an electrode active material having electron conductivity. .

プラズマ処理部91には、高周波熱プラズマの発生装置(プラズマトーチ)が配置されている。図12はプラズマ処理を行うために用いる高周波熱プラズマの発生装置(プラズマトーチ)の概略構成図である。   The plasma processing unit 91 is provided with a high-frequency thermal plasma generator (plasma torch). FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a high-frequency thermal plasma generator (plasma torch) used for plasma processing.

先ず、アノード10の活物質含有層18に含まれる複合粒子P10又はカソード20の活物質含有層28に含まれる複合粒子P10の構成材料となる炭素質材料からなる原料の粒子(以下、「原料粒子P50」という)を得る。具体的には、プラズマガス雰囲気中において、原料粒子に対して高周波熱プラズマ処理を施す。   First, raw material particles (hereinafter referred to as “raw material particles” made of a carbonaceous material that is a constituent material of the composite particles P10 included in the active material-containing layer 18 of the anode 10 or the composite particles P10 included in the active material-containing layer 28 of the cathode 20. P50 ”). Specifically, high frequency thermal plasma treatment is performed on the raw material particles in a plasma gas atmosphere.

ここで、上記炭素質材料からなる原料としては、炭素質材料からなる原料としては、上記の高周波熱プラズマ処理を施すことにより電子伝導性を有する炭素材料となるものであればよく、例えば、黒鉛、ピッチ系材料、ヤシガラ、フェノール樹脂等が挙げられる。   Here, as the raw material made of the carbonaceous material, the raw material made of the carbonaceous material may be any carbon material having electron conductivity by performing the above-described high-frequency thermal plasma treatment. For example, graphite , Pitch materials, coconut husks, phenol resins, and the like.

上記高周波熱プラズマ処理により電極活物質となる炭素質材料からなる原料としては、例えば、フェノール樹脂、アクリル系樹脂、フラン系樹脂、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリアクリロニトリル等の鎖状ビニル系高分子、ポリフェニレンのようなビフェニル結合からなる高分子等の各種樹脂が挙げられ、含窒素樹脂、例えばポリアニリン、ポリイミド、ナイロン等のポリアミド、窒素含有フェノール樹脂等も使用可能である。また、このほか、多糖類等の各種糖類を用いることも可能である。これらのうちではフェノール樹脂、特に真球状のフェノール樹脂が好ましい。   Examples of the raw material made of the carbonaceous material that becomes the electrode active material by the high-frequency thermal plasma treatment include chain vinyl polymers such as phenol resin, acrylic resin, furan resin, polyvinylidene chloride (PVDC), polyacrylonitrile, and the like. And various resins such as polymers composed of biphenyl bonds such as polyphenylene, and nitrogen-containing resins such as polyamides such as polyaniline, polyimide and nylon, and nitrogen-containing phenol resins can also be used. In addition, various saccharides such as polysaccharides can also be used. Of these, phenol resins, particularly true spherical phenol resins are preferred.

また、上記の他の炭素質材料からなる原料としては、グラファイト、グラッシーカーボン、パイロリティックグラファイト、カーボンファイバー、カーボンペースト、活性炭等が挙げられるが、特に活性炭が好ましい。活性炭であれば特に制限はなく、原料炭{例えば、石油系重質油の流動接触分解装置のボトム油や減圧蒸留装置の残さ油を原料油とするディレードコーカーより製造された石油コークス又は樹脂を炭化したもの(フェノール樹脂など)や天然材料を炭化したもの(例えばヤシ殻炭)等}を賦活処理することにより得られるものを主成分としているものが好ましい。   In addition, examples of the raw material made of the other carbonaceous material include graphite, glassy carbon, pyrolytic graphite, carbon fiber, carbon paste, activated carbon, and the like, and activated carbon is particularly preferable. There is no particular limitation as long as it is activated carbon, and raw coal (for example, petroleum coke or resin produced from a delayed coker that uses the bottom oil of a fluid catalytic cracking unit of heavy petroleum oil or the residual oil of a vacuum distillation unit as the raw material oil) It is preferable that the main component is carbonized (such as phenolic resin) or carbonized natural material (such as coconut shell charcoal).

これらの中では、特にMCMB(メソフェーズカーボンマイクロビーズ)が好ましい。このMCMBはピッチから得られる真球状の炭素質材料を黒鉛化したものであり、従来の黒鉛材料に比べて電極材料の作製において取扱いが容易である。すなわち、流動性に優れているので、高周波熱プラズマ処理に供するのに適し、大量処理が可能で生産性に優れる傾向がある。また、電極を形成する際の膜化が容易となる傾向がある。   Among these, MCMB (mesophase carbon microbeads) is particularly preferable. This MCMB is obtained by graphitizing a spherical carbonaceous material obtained from pitch, and is easier to handle in the production of electrode materials than conventional graphite materials. That is, since it is excellent in fluidity, it is suitable for use in high-frequency thermal plasma processing, tends to be capable of mass processing, and excellent in productivity. Moreover, it tends to be easy to form a film when forming an electrode.

高周波熱プラズマ処理に供される材料及び高周波熱プラズマ処理後の炭素質材料は、粒子状又は粉末状であることが好ましく、その平均粒径は0.5〜100μm程度であることが好ましい。これらの粒子は球状であることが好ましいが、球状以外の形状、例えば、回転楕円体状や不定形状であってもよい。   The material used for the high-frequency thermal plasma treatment and the carbonaceous material after the high-frequency thermal plasma treatment are preferably in the form of particles or powder, and the average particle size is preferably about 0.5 to 100 μm. These particles are preferably spherical, but may have a shape other than spherical, for example, a spheroid shape or an indefinite shape.

高周波熱プラズマ処理は、例えば、「石垣隆正,セラミックス,30(1995)No.11,1013〜1016」、特開平7−31873号公報、特開平10−92432号公報及び特開2000−223121号公報に従って行うことができる。   The high-frequency thermal plasma treatment is, for example, “Takamasa Ishigaki, Ceramics, 30 (1995) No. 11, 1013 to 1016”, JP-A-7-31873, JP-A-10-92432 and JP-A-2000-223121. Can be done according to.

図12に示す高周波熱プラズマ発生装置(熱プラズマトーチ)100は、プラズマトーチ中へ連続的に対象物を導入し、下部において回収するものである。高周波熱プラズマ発生装置100は、水冷二重管110の外周に高周波コイル12を巻いた構成を有する。そして、高周波電磁誘導を行い、水冷二重管110の内部に熱プラズマを形成するものである。水冷二重管11の上部に位置する開口部には蓋130が取り付けられており、蓋130には高周波熱プラズマ処理に供する原料の粉末とキャリアガスとを供給する粉末供給用水冷プローブ140が設置されている。また、装置100内部には、主としてプラズマ流を形成するためのセントラルガス(Gp)、主としてプラズマ流の外側を包むためのシースガス(Gs)が導入される。   A high-frequency thermal plasma generator (thermal plasma torch) 100 shown in FIG. 12 continuously introduces an object into the plasma torch and collects it at the bottom. The high-frequency thermal plasma generator 100 has a configuration in which a high-frequency coil 12 is wound around the outer periphery of a water-cooled double tube 110. Then, high-frequency electromagnetic induction is performed to form thermal plasma inside the water-cooled double tube 110. A lid 130 is attached to the opening located in the upper part of the water-cooled double tube 11, and a powder-feeding water-cooled probe 140 for supplying raw material powder and carrier gas for high-frequency thermal plasma processing is installed on the lid 130. Has been. In addition, a central gas (Gp) for mainly forming a plasma flow and a sheath gas (Gs) for mainly wrapping the outside of the plasma flow are introduced into the apparatus 100.

なお、本発明においては、セントラルガス、シースガス及びキャリアガスを合わせて「プラズマガス」という。そして、このプラズマガス雰囲気中において、高周波熱プラズマ処理が行われる。   In the present invention, the central gas, the sheath gas, and the carrier gas are collectively referred to as “plasma gas”. In this plasma gas atmosphere, high-frequency thermal plasma processing is performed.

また、プラズマガスとしては、少なくともArを用いることが好ましく、N2、H2、CO2及びCOのうちの少なくとも一種と、Arとを併用することがより好ましい。特に、N2又はH2とArとの併用や、これらに更にCO2を加えることが好ましい。プラズマガス中のAr以外のガスの含有量は、プラズマガス全量に対して1〜20体積%であることが好ましい。セントラルガス、シースガス及びキャリアガスのそれぞれに用いるガスの種類は特に制限されないが、いずれも少なくともArを含むことが好ましく、特にシースガスには、トーチ内壁を保護するため、N2やH2のような二原子気体を混合することが好ましい。プラズマガスとして少なくともH2を用いると、不可逆容量を低減して、初回の充放電効率をより十分に向上することができる傾向がある。セントラルガスとシースガスとの合計流量は、通常、2〜200L/minであり、好ましくは30〜130L/minである。 Moreover, it is preferable to use at least Ar as the plasma gas, and it is more preferable to use Ar together with at least one of N 2 , H 2 , CO 2 and CO. In particular, it is preferable to use N 2 or H 2 in combination with Ar, and to add CO 2 to these. The content of gas other than Ar in the plasma gas is preferably 1 to 20% by volume with respect to the total amount of plasma gas. The type of gas used for each of the central gas, the sheath gas, and the carrier gas is not particularly limited, but it is preferable that all contain at least Ar. In particular, the sheath gas includes N 2 or H 2 in order to protect the inner wall of the torch. It is preferable to mix diatomic gases. When at least H 2 is used as the plasma gas, the irreversible capacity tends to be reduced and the initial charge / discharge efficiency tends to be more sufficiently improved. The total flow rate of the central gas and the sheath gas is usually 2 to 200 L / min, preferably 30 to 130 L / min.

更に、導入する原料の量は、1〜500g/minとすることが好ましく、キャリアガスの流量は、1〜100L/minとすることが好ましい。   Furthermore, the amount of the raw material to be introduced is preferably 1 to 500 g / min, and the flow rate of the carrier gas is preferably 1 to 100 L / min.

また、プラズマガスを適宜選択することにより、高周波熱プラズマ処理による効果を制御することができ、例えば、N2に比べてH2は熱伝導率が高いので、H2を用いた場合には、通常、加熱効率が高くなる傾向がある。 In addition, by appropriately selecting the plasma gas, the effect of the high-frequency thermal plasma treatment can be controlled. For example, H 2 has a higher thermal conductivity than N 2 , so when H 2 is used, Usually, the heating efficiency tends to increase.

高周波熱プラズマの発生条件は、通常、周波数が0.5〜6MHz、好ましくは3〜6MHzであり、投入電力が3〜60kWであり、トーチ内部の圧力が1〜100kPa、好ましくは10〜70kPaである。   The generation conditions of the high-frequency thermal plasma are usually a frequency of 0.5 to 6 MHz, preferably 3 to 6 MHz, an input power of 3 to 60 kW, and a pressure inside the torch of 1 to 100 kPa, preferably 10 to 70 kPa. is there.

このような装置100を用いることにより、3,000〜15,000℃での高周波熱プラズマ処理が可能となる。本発明では、3,000〜15,000℃の温度域における原料の滞留時間を、0.001〜10秒、特に0.02〜0.5秒程度とすることが好ましい。   By using such an apparatus 100, high-frequency thermal plasma processing at 3,000 to 15,000 ° C. is possible. In the present invention, the residence time of the raw material in the temperature range of 3,000 to 15,000 ° C. is preferably about 0.001 to 10 seconds, particularly about 0.02 to 0.5 seconds.

また、高周波熱プラズマ発生装置100(プラズマトーチ)の大きさは特に制限されないが、図12に示す構造とする場合には、管径を10〜1000mmとすることが好ましく、50〜100mmとすることがより好ましく、高さを50〜3000mmとすることが好ましく、200〜3000mmとすることがより好ましい。   Further, the size of the high-frequency thermal plasma generator 100 (plasma torch) is not particularly limited, but in the case of the structure shown in FIG. 12, the tube diameter is preferably 10 to 1000 mm, and is preferably 50 to 100 mm. Is more preferable, the height is preferably 50 to 3000 mm, and more preferably 200 to 3000 mm.

なお、原料は、単独で高周波熱プラズマ処理してもよいが、酸化物を混合した状態で高周波熱プラズマ処理してもよい。この場合に用いる酸化物としては、例えばコバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn24)、リチウムバナジウム化合物、V25、オリビン型LiMPO4(M:Co、Ni、Mn、Fe)等が好ましい。酸化物の配合量は、混合物(原料+酸化物)全量を基準として、10質量%以下とすることが好ましい。 The raw material may be subjected to high-frequency thermal plasma treatment alone, or may be subjected to high-frequency thermal plasma treatment in a state where oxides are mixed. The oxide used in this case, for example, lithium cobaltate (LiCoO 2), lithium nickelate (LiNiO 2), lithium manganate (LiMnO 2), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4), lithium vanadium compounds, V 2 O 5 , olivine type LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe) and the like are preferable. The compounding amount of the oxide is preferably 10% by mass or less based on the total amount of the mixture (raw material + oxide).

次に、造粒処理部92について説明する。造粒処理部92では、不活性ガス雰囲気中で、プラズマ処理後に得られる電極活物質からなる粒子P1に対し、導電助剤と、電極活物質と導電助剤とを結着させることが可能な結着剤とを密着させて一体化することにより、電極活物質と、導電助剤と、結着剤とを含む電極用複合粒子P10を形成する造粒処理を行う。   Next, the granulation processing unit 92 will be described. In the granulation processing unit 92, it is possible to bind the conductive assistant, the electrode active material, and the conductive assistant to the particles P1 made of the electrode active material obtained after the plasma treatment in an inert gas atmosphere. By bringing the binder into close contact and integrating, a granulation treatment is performed to form electrode composite particles P10 containing an electrode active material, a conductive additive, and a binder.

このように、複合粒子P10は、造粒処理部92において電極活物質からなる粒子P1に導電助剤と結着剤とを密着させて一体化することにより、電極活物質と、導電助剤と、結着剤とを含む複合粒子を形成する造粒工程を経て形成される。   As described above, the composite particle P10 is obtained by bringing the conductive auxiliary agent and the binder into close contact with the particle P1 made of the electrode active material in the granulation treatment unit 92, thereby integrating the electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the like. And a granulating step for forming composite particles containing a binder.

造粒工程は、結着剤と前記導電助剤と溶媒とを含む原料液を調製する原料液調製工程と、流動槽中に気流を発生させ、該気流中に電極活物質からなる粒子を投入し、電極活物質からなる粒子を流動層化させる流動層化工程と、電極活物質からなる粒子を含む流動層中に原料液を噴霧することにより、原料液を電極活物質からなる粒子に付着、乾燥させ、電極活物質からなる粒子の表面に付着した原料液から溶媒を除去し、結着剤により電極活物質からなる粒子と導電助剤からなる粒子とを密着させる噴霧乾燥工程と、とを含む。そして、造粒処理部92には、上記原料液調製工程、流動層化工程及び噴霧乾燥工程を行うための機構が備えられている。   The granulation step includes a raw material solution preparation step for preparing a raw material solution containing a binder, the conductive auxiliary agent, and a solvent, an air flow is generated in the fluidized tank, and particles made of an electrode active material are introduced into the air flow. Then, a fluidized bed forming step of fluidizing the particles made of the electrode active material, and spraying the raw material liquid into the fluidized bed containing the particles made of the electrode active material, thereby attaching the raw material liquid to the particles made of the electrode active material. Spray drying step of drying, removing the solvent from the raw material liquid adhering to the surface of the particles made of the electrode active material, and bringing the particles made of the electrode active material and the particles made of the conductive auxiliary agent into close contact with each other by a binder; including. And the granulation process part 92 is equipped with the mechanism for performing the said raw material liquid preparation process, a fluidized bed formation process, and a spray-drying process.

この造粒処理部92で行われる造粒工程について図13を用いて具体的に説明する。図13は、複合粒子を製造する際の造粒工程の一例を示す説明図である。   The granulation process performed in this granulation process part 92 is demonstrated concretely using FIG. FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of a granulation step when producing composite particles.

先ず、原料液調製工程では、結着剤を溶解可能な溶媒を用い、この溶媒中に結着剤を溶解させる。次に得られた溶液に、導電助剤を分散させて原料液を得る。なお、この原料液調製工程では、結着剤を分散可能な溶媒(分散媒)であってもよい。   First, in the raw material liquid preparation step, a solvent capable of dissolving the binder is used, and the binder is dissolved in this solvent. Next, a conductive additive is dispersed in the obtained solution to obtain a raw material liquid. In addition, in this raw material liquid preparation process, the solvent (dispersion medium) which can disperse | distribute a binder may be sufficient.

次に、流動層化工程においては、図13に示すように、流動槽5内において、所定の気流発生手段(図示せず)により気流を発生させ、該気流中に電極活物質からなる粒子P1を投入することにより、電極活物質からなる粒子を流動層化させる。   Next, in the fluidized bed forming step, as shown in FIG. 13, in the fluidized tank 5, an airflow is generated by a predetermined airflow generating means (not shown), and particles P1 made of an electrode active material in the airflow. To make the particles made of the electrode active material fluidized.

次に、噴霧乾燥工程では、図13に示すように、流動槽5内において、所定の噴霧手段(図示せず)により原料液の液滴6を噴霧することにより、原料液の液滴6を流動層化した電極活物質からなる粒子P1に付着させ、同時に流動槽5内において乾燥させ、電極活物質からなる粒子P1の表面に付着した原料液の液滴6から溶媒を除去し、結着剤により電極活物質からなる粒子P1と導電助剤からなる粒子P2とを密着させ、複合粒子P10を得る。   Next, in the spray drying step, as shown in FIG. 13, the raw material liquid droplets 6 are sprayed in the fluidized tank 5 by spraying the raw material liquid droplets 6 by a predetermined spraying means (not shown). It is made to adhere to the particle P1 which consists of the electrode active material formed into the fluidized bed, and it is made to dry at the same time in the fluidized tank 5, and the solvent is removed from the droplet 6 of the raw material liquid adhering to the surface of the particle P1 made of the electrode active material. The particles P1 made of an electrode active material and the particles P2 made of a conductive auxiliary agent are brought into close contact with the agent to obtain composite particles P10.

より具体的には、この流動槽5は、例えば、筒状の形状を有する容器であり、その底部には、温風(又は熱風)L5を外部から流入させ、流動槽5内で電極活物質からなる粒子を対流させるための開口部52が設けられている。また、この流動槽5の側面には、流動槽5内で対流させた電極活物質からなる粒子P1に対して、噴霧される原料液の液滴6を流入させるための開口部54が設けられている。流動槽5内で対流させた電極活物質からなる粒子P1に対してこの結着剤と導電助剤と溶媒とを含む原料液の液滴6を噴霧する。   More specifically, the fluid tank 5 is, for example, a container having a cylindrical shape, and warm air (or hot air) L5 is introduced into the bottom thereof from the outside, and the electrode active material is contained in the fluid tank 5. An opening 52 for convection of particles consisting of is provided. Further, an opening 54 is provided on the side surface of the fluid tank 5 for allowing the droplets 6 of the raw material liquid to be sprayed to flow into the particles P1 made of the electrode active material convected in the fluid tank 5. ing. The droplets 6 of the raw material liquid containing the binder, the conductive auxiliary agent, and the solvent are sprayed on the particles P1 made of the electrode active material convected in the fluidized tank 5.

このとき、電極活物質からなる粒子P1の置かれた雰囲気の温度を、例えば温風(又は熱風)の温度を調節する等して、原料液の液滴6中の溶媒を速やかに除去可能な所定の温度{好ましくは、50℃から結着剤の融点を大幅に超えない温度、より好ましくは50℃から結着剤の融点以下の温度(例えば、200℃)}に保持しておき、電極活物質からなる粒子P1の表面に形成される原料液の液膜を、原料液の液滴6の噴霧とほぼ同時に乾燥させる。これにより、電極活物質からなる粒子の表面に結着剤と導電助剤とを密着させ、複合粒子P10を得る。   At this time, the temperature of the atmosphere in which the particles P1 made of the electrode active material are placed can be quickly removed by adjusting the temperature of the hot air (or hot air), for example. The electrode is kept at a predetermined temperature (preferably a temperature not exceeding the melting point of the binder substantially from 50 ° C., more preferably a temperature not higher than the melting point of the binder (eg, 200 ° C.)). The liquid film of the raw material liquid formed on the surface of the particles P1 made of the active material is dried almost simultaneously with the spraying of the droplets 6 of the raw material liquid. As a result, the binder and the conductive auxiliary agent are brought into close contact with the surface of the particles made of the electrode active material, thereby obtaining composite particles P10.

ここで、結着剤を溶解可能な溶媒は、結着剤を溶解可能であり導電助剤を分散可能であれば特に限定されるものではないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等を用いることができる。   Here, the solvent capable of dissolving the binder is not particularly limited as long as the binder can be dissolved and the conductive auxiliary agent can be dispersed. For example, N-methyl-2-pyrrolidone, N , N-dimethylformamide and the like can be used.

次に、活物質含有層形成処理部93について説明する。活物質含有層形成処理部では、集電体の活物質含有層を形成すべき部位に、複合粒子P10を用いて活物質含有層を形成する。より具体的には、以下に述べる湿式法又は乾式法に基づき活物質含有層を形成する。そして、活物質含有層形成処理部93には、後述する湿式法又は乾式法に基づき活物質含有層を形成するための機構が設けられている。
(湿式法)
先ず、上述した造粒工程を経て製造した複合粒子P10を使用し、電極形成用塗布液を調製し、これを用いて電極を形成する場合の好適な一例について説明する。先ず、電極形成用塗布液の調製方法の一例について説明する。
Next, the active material containing layer formation processing unit 93 will be described. In the active material-containing layer formation processing unit, the active material-containing layer is formed by using the composite particles P10 at the site where the active material-containing layer of the current collector is to be formed. More specifically, the active material-containing layer is formed based on a wet method or a dry method described below. The active material-containing layer formation processing unit 93 is provided with a mechanism for forming an active material-containing layer based on a wet method or a dry method described later.
(Wet method)
First, a suitable example in the case of using the composite particles P10 produced through the granulation step described above to prepare an electrode-forming coating solution and using this to form an electrode will be described. First, an example of a method for preparing an electrode forming coating solution will be described.

電極形成用塗布液は、例えば、造粒工程を経て作製した複合粒子P10と、複合粒子P10を分散又は溶解可能な液体と、必要に応じて添加される導電性高分子とを混合した混合液を作製し、混合液から上記液体の一部を除去して、塗布に適した粘度に調節することにより電極形成用塗布液を得ることができる。   The electrode forming coating liquid is, for example, a mixed liquid in which a composite particle P10 produced through a granulation step, a liquid capable of dispersing or dissolving the composite particle P10, and a conductive polymer added as necessary are mixed. And a part of the liquid is removed from the mixed solution and adjusted to a viscosity suitable for coating, whereby an electrode-forming coating solution can be obtained.

より具体的には、導電性高分子を用いる場合には、図14に示すように、例えば、スターラー等の所定の撹拌手段(図示せず)を有する容器8内において、複合粒子P10を分散又は溶解可能な液体と、導電性高分子又は該導電性高分子の構成材料となるモノマーとを混合した混合液を調製しておく。次に、この混合液に複合粒子P10を添加して充分に撹拌することにより、電極形成用塗布液L2を調製することができる。   More specifically, when a conductive polymer is used, as shown in FIG. 14, for example, the composite particles P10 are dispersed or dispersed in a container 8 having a predetermined stirring means (not shown) such as a stirrer. A liquid mixture is prepared in which a dissolvable liquid and a conductive polymer or a monomer that is a constituent material of the conductive polymer are mixed. Next, the electrode-forming coating liquid L2 can be prepared by adding the composite particles P10 to the mixed liquid and stirring sufficiently.

次に、電極形成用塗布液L2を用いて活物質含有層を形成する。   Next, an active material containing layer is formed using the electrode forming coating solution L2.

先ず、電極形成用塗布液L2を、集電体の表面に塗布し、当該表面上に、塗布液の液膜を形成する。次に、この液膜を乾燥させることにより、集電体上に活物質含有層を形成し電極の作製を完了する。ここで、電極形成用塗布液を集電体の表面に塗布する際の手法は特に限定されるものではなく、集電体の材質や形状等に応じて適宜決定すればよい。例えば、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等が挙げられる。   First, the electrode forming coating liquid L2 is applied to the surface of the current collector, and a liquid film of the coating liquid is formed on the surface. Next, by drying the liquid film, an active material-containing layer is formed on the current collector to complete the production of the electrode. Here, the method for applying the electrode-forming coating solution to the surface of the current collector is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the material, shape, and the like of the current collector. Examples thereof include a metal mask printing method, an electrostatic coating method, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, a doctor blade method, a gravure coating method, and a screen printing method.

また、電極形成用塗布液L2の液膜から活物質含有層を形成する際の手法としては、乾燥以外に、塗布液L2の液膜から活物質含有層を形成する際に、液膜中の構成成分間の硬化反応(例えば、導電性高分子の構成材料となるモノマーの重合反応)を伴う場合があってもよい。例えば、紫外線硬化樹脂(導電性高分子)の構成材料となるモノマーを含む電極形成用塗布液L2を使用する場合、先ず、集電体上に、電極形成用塗布液L2を上述の所定の方法により塗布する。次に、塗布液の液膜に、紫外線を照射することにより活物質含有層を形成する。   Further, as a method for forming the active material-containing layer from the liquid film of the electrode forming coating liquid L2, when forming the active material-containing layer from the liquid film of the coating liquid L2, in addition to drying, There may be a case in which a curing reaction (for example, a polymerization reaction of a monomer serving as a constituent material of the conductive polymer) is involved between the constituent components. For example, when using the electrode forming coating liquid L2 containing a monomer that is a constituent material of an ultraviolet curable resin (conductive polymer), first, the electrode forming coating liquid L2 is first applied onto the current collector by the above-described predetermined method. Apply by. Next, an active material containing layer is formed by irradiating the liquid film of the coating liquid with ultraviolet rays.

この場合、導電性高分子(導電性高分子からなる粒子)を予め電極形成用塗布液L2に含有させておく場合に比較して、集電体上に電極形成用塗布液の液膜を形成した後、液膜中でモノマーを重合させて導電性高分子を生成させることにより、液膜中での複合粒子P10の良好な分散状態をほぼ保持したまま、複合粒子P10間の間隙に導電性高分子を生成させることができるので、得られる活物質含有層中の複合粒子P10と導電性高分子との分散状態をより良好にすることができる。   In this case, a liquid film of the electrode forming coating liquid is formed on the current collector as compared with the case where the conductive polymer (particles made of the conductive polymer) is previously contained in the electrode forming coating liquid L2. After that, the monomer is polymerized in the liquid film to form a conductive polymer, so that the conductive particles P10 are electrically conductive in the gaps between the composite particles P10 while maintaining a good dispersion state of the composite particles P10 in the liquid film. Since the polymer can be generated, the dispersion state of the composite particles P10 and the conductive polymer in the obtained active material-containing layer can be made better.

すなわち、得られる活物質含有層中に、より微細で緻密な粒子(複合粒子P10と導電性高分子からなる粒子)が一体化したイオン伝導ネットワーク及び電子伝導ネットワークを構築することができる。そのためこの場合、比較的低い作動温度領域においても電極反応を充分に進行させることが可能な優れた分極特性を有するポリマー電極をより容易かつより確実に得ることができる。   That is, an ion conduction network and an electron conduction network in which finer and dense particles (composite particles P10 and particles made of a conductive polymer) are integrated in the obtained active material-containing layer can be constructed. Therefore, in this case, a polymer electrode having excellent polarization characteristics that can sufficiently advance the electrode reaction even in a relatively low operating temperature region can be obtained more easily and more reliably.

更にこの場合、紫外線硬化樹脂の構成材料となるモノマーの重合反応は、紫外線照射により進行させることができる。   Furthermore, in this case, the polymerization reaction of the monomer that is a constituent material of the ultraviolet curable resin can be advanced by ultraviolet irradiation.

更に、得られる活物質含有層を、必要に応じて、熱平板プレスや熱ロールを使用して熱処理し、シート化する等の圧延処理を施してもよい。   Further, the obtained active material-containing layer may be subjected to a rolling treatment such as heat treatment using a hot plate press or a hot roll to form a sheet, if necessary.

また、以上の説明では、複合粒子P10を用いた電極の形成方法の一例として、複合粒子P10を含む電極形成用塗布液7を調製しこれを用いて電極を形成する場合について説明したが、複合粒子P10を用いた電極の形成方法(湿式法)はこれに限定されない。   In the above description, as an example of an electrode forming method using the composite particles P10, the case where the electrode forming coating solution 7 containing the composite particles P10 is prepared and the electrodes are formed using this is described. The electrode forming method (wet method) using the particles P10 is not limited to this.

次に、電極形成用塗布液L2、並びに、図15及び図16に示すような装置70及び装置80を用いて図16に示す電極シートES10を形成する、湿式法についてのより具体的な態様について説明する。なお、以下の説明においては、アノード10用の電極シートES10(図16参照)、及び、電極シートES10から得られるアノード10の形成方法について説明し、アノード10と同様の構成を有するカソード20の形成方法については省略する。   Next, a more specific aspect of the wet method for forming the electrode sheet ES10 shown in FIG. 16 using the electrode forming coating liquid L2 and the apparatus 70 and the apparatus 80 as shown in FIGS. explain. In the following description, an electrode sheet ES10 for the anode 10 (see FIG. 16) and a method for forming the anode 10 obtained from the electrode sheet ES10 will be described, and formation of the cathode 20 having the same configuration as the anode 10 will be described. The method is omitted.

図15に示す装置70は、主として、第1のロール71と、第2のロール72と、第1のロール71と第2のロール72との間に配置される乾燥機73と、2つの支持ロール79とから構成されている。第1のロール71は、円柱状の巻心74とテープ状の積層体シート75とから構成されている。この積層体シート75の一端は巻心74に接続されており、更に積層体シート75は巻心74に巻回されている。更に積層体シート75は、基体シートB1上に金属箔シート16Aが積層された構成を有している。   The apparatus 70 shown in FIG. 15 mainly includes a first roll 71, a second roll 72, a dryer 73 disposed between the first roll 71 and the second roll 72, and two supports. And a roll 79. The first roll 71 is composed of a cylindrical core 74 and a tape-like laminate sheet 75. One end of the laminate sheet 75 is connected to the winding core 74, and the laminate sheet 75 is further wound around the winding core 74. Furthermore, the laminate sheet 75 has a configuration in which the metal foil sheet 16A is laminated on the base sheet B1.

また、第2のロール72は、上記積層体シート75の他端が接続された円柱状の巻芯76を有している。更に、第2のロール72の巻芯76には当該巻芯76を回転させるための巻芯駆動用モータ(図示せず)が接続されており、電極形成用の塗布液L1を塗布し更に乾燥機73中において乾燥処理を施された後の積層体シート77が所定の速度で巻回されるようになっている。   The second roll 72 has a cylindrical core 76 to which the other end of the laminate sheet 75 is connected. Further, a winding core driving motor (not shown) for rotating the winding core 76 is connected to the winding core 76 of the second roll 72, and a coating liquid L1 for electrode formation is applied and further dried. The laminate sheet 77 after being dried in the machine 73 is wound at a predetermined speed.

先ず、巻芯駆動用モータが回転すると、第2のロール72の巻芯76が回転し、第1のロール71の巻心74に巻回されている積層体シート75が第1のロール71の外部に引き出される。次に、引き出された積層体シート75の金属箔シート16A上に、電極形成用塗布液L2を塗布する(塗布工程)。これにより、金属箔シート16A上には電極形成用塗布液L2からなる塗膜L4が形成される。   First, when the winding core driving motor rotates, the winding core 76 of the second roll 72 rotates, and the laminate sheet 75 wound around the winding core 74 of the first roll 71 becomes the first roll 71. Pulled out. Next, the electrode forming coating liquid L2 is applied on the metal foil sheet 16A of the drawn laminate sheet 75 (application process). Thereby, the coating film L4 which consists of the electrode forming coating liquid L2 is formed on the metal foil sheet 16A.

次に、巻芯駆動用モータの回転により、塗膜L4の形成された積層体シート75の部分は、支持ロール79により乾燥機73中に導かれる。乾燥機73中において、積層体シート75上の塗膜L4は乾燥されて電極とされたときの多孔体層18の前駆体となる層78(以下、「前駆体層78」という)となる(液体除去工程)。そして、巻芯駆動用モータの回転により、積層体シート75上に前駆体層78の形成された積層体シート77は、支持ロール79により巻芯76へ導かれて巻芯76に巻回される。   Next, due to the rotation of the winding core driving motor, the portion of the laminate sheet 75 on which the coating film L4 is formed is guided into the dryer 73 by the support roll 79. In the dryer 73, the coating film L <b> 4 on the laminate sheet 75 becomes a layer 78 (hereinafter referred to as “precursor layer 78”) that becomes a precursor of the porous body layer 18 when dried to be an electrode ( Liquid removal step). The laminate sheet 77 in which the precursor layer 78 is formed on the laminate sheet 75 is guided to the core 76 by the support roll 79 and is wound around the core 76 by the rotation of the core driving motor. .

次に、上記の積層体シート77と、図16に示す装置80を使用して電極シートES10を作製する。   Next, the electrode sheet ES10 is produced using the laminate sheet 77 and the apparatus 80 shown in FIG.

図16に示す装置80は、主として、第1のロール81と、第2のロール82と、第1のロール81と第2のロール82との間に配置されるロールプレス機83とから構成されている。第1のロール81は、円柱状の巻心84と先に述べたテープ状の積層体シート77とから構成されている。この積層体シート77の一端は巻心84に接続されており、更に積層体シート77は巻心84に巻回されている。積層体シート77は、基体シートB1上に金属箔シート16Aが積層された積層体シート75上に前駆体層78が更に積層された構成を有している。   The apparatus 80 shown in FIG. 16 mainly includes a first roll 81, a second roll 82, and a roll press machine 83 disposed between the first roll 81 and the second roll 82. ing. The first roll 81 is composed of a cylindrical core 84 and the tape-shaped laminate sheet 77 described above. One end of the laminate sheet 77 is connected to the core 84, and the laminate sheet 77 is further wound around the core 84. The laminate sheet 77 has a configuration in which a precursor layer 78 is further laminated on a laminate sheet 75 in which the metal foil sheet 16A is laminated on the base sheet B1.

また、第2のロール82は、上記積層体シート77の他端が接続された円柱状の巻芯86を有している。更に、第2のロール82の巻芯86には当該巻芯86を回転させるための巻芯駆動用モータ(図示せず)が接続されており、ロールプレス機83中においてプレス処理を施された後の積層体シート87が所定の速度で巻回されるようになっている。   The second roll 82 has a cylindrical core 86 to which the other end of the laminate sheet 77 is connected. Further, a winding core driving motor (not shown) for rotating the winding core 86 is connected to the winding core 86 of the second roll 82, and press processing was performed in the roll press machine 83. The subsequent laminate sheet 87 is wound at a predetermined speed.

先ず、巻芯駆動用モータが回転すると、第2のロール82の巻芯86が回転し、第1のロール81の巻心84に巻回されている積層体シート77が第1のロール81の外部に引き出される。次に、巻芯駆動用モータの回転により、積層体シート77は、ロールプレス機83中に導かれる。ロールプレス機83中には、2つの円柱状のローラ83Aとローラ83Bが配置されている。ローラ83Aとローラ83Bとは、これらの間に積層体シート77が挿入されるように配置されており、これらの間に積層体シート77が挿入される際に、ローラ83Aの側面と積層体シート77の前駆体層78の外表面が接触し、ローラ83Bの側面と積層体シート77の基体シートB1の外表面(裏面)が接触する状態となり、かつ、所定の温度と圧力で積層体シート77を押圧できるように設置されている。   First, when the winding core driving motor rotates, the winding core 86 of the second roll 82 rotates, and the laminate sheet 77 wound around the winding core 84 of the first roll 81 becomes the first roll 81. Pulled out. Next, the laminate sheet 77 is guided into the roll press machine 83 by the rotation of the core driving motor. In the roll press machine 83, two cylindrical rollers 83A and 83B are arranged. The roller 83A and the roller 83B are arranged so that the laminate sheet 77 is inserted between them, and when the laminate sheet 77 is inserted between them, the side surface of the roller 83A and the laminate sheet 77, the outer surface of the precursor layer 78 is in contact, the side surface of the roller 83B and the outer surface (back surface) of the base sheet B1 of the laminate sheet 77 are in contact, and the laminate sheet 77 is at a predetermined temperature and pressure. It is installed so that can be pressed.

また、この円柱状のローラ83A及びローラ83Bは、それぞれが積層体シート77の移動方向に従う方向に回転する回転機構が備えられている。更に、この円柱状のローラ83A及びローラ83Bは、それぞれの底面間の長さが積層体シート77の幅以上となる大きさを有している。   Further, each of the cylindrical rollers 83A and 83B is provided with a rotation mechanism that rotates in a direction according to the moving direction of the laminate sheet 77. Further, the cylindrical rollers 83 </ b> A and 83 </ b> B have such a size that the length between the bottom surfaces is equal to or larger than the width of the laminate sheet 77.

ロールプレス機83中において、積層体シート77上の前駆体層78は必要に応じて加熱及び加圧処理され、多孔体層18A(アノードとされたときの多孔体層18)となる。そして、巻芯駆動用モータの回転により、積層体シート77上に多孔体層18Aの形成された積層体シート87は、巻芯86に巻回される。   In the roll press machine 83, the precursor layer 78 on the laminate sheet 77 is heated and pressurized as necessary to become a porous body layer 18A (the porous body layer 18 when used as an anode). Then, the laminate sheet 87 in which the porous body layer 18 </ b> A is formed on the laminate sheet 77 is wound around the core 86 by the rotation of the winding core driving motor.

次に、図17(a)に示すように、巻芯86に巻回された積層体シート87を所定の大きさに切断し、電極シートES10を得る。なお、図17(a)に示す電極シートES10の場合、金属箔シート16Aの表面が露出した縁部12Aが形成されている。縁部12Aは、電極形成用塗布液L2を積層体シート75の金属箔シート16A上に塗布する際に、金属箔シート16Aの中央部にのみ電極形成用塗布液L2を塗布するように調節することにより形成することができる。   Next, as shown in FIG. 17A, the laminate sheet 87 wound around the core 86 is cut into a predetermined size to obtain an electrode sheet ES10. In the case of the electrode sheet ES10 shown in FIG. 17 (a), an edge 12A where the surface of the metal foil sheet 16A is exposed is formed. The edge portion 12A is adjusted so that the electrode forming coating liquid L2 is applied only to the central portion of the metal foil sheet 16A when the electrode forming coating liquid L2 is applied onto the metal foil sheet 16A of the laminate sheet 75. Can be formed.

次に、図17(b)に示すように、作製する電気化学素子のスケールに合わせて、電極シートES10を打ち抜き、図17(c)に示すアノード10を得る。このとき、先に述べた縁部12Aの部分がアノード用リード12として含まれるように電極シートES10を打ち抜くことにより、予めアノード用リード12が一体化された状態のアノード10を得ることができる。なお、アノード用リード導体12及びカソード用リード22を接続していない場合には、アノード用リード導体12及びカソード用リード22を別途用意し、アノード10及びカソード20のそれぞれに対して電気的に接続する。   Next, as shown in FIG. 17B, the electrode sheet ES10 is punched out in accordance with the scale of the electrochemical device to be manufactured, and the anode 10 shown in FIG. 17C is obtained. At this time, the anode 10 in which the anode lead 12 is integrated in advance can be obtained by punching the electrode sheet ES10 so that the edge portion 12A described above is included as the anode lead 12. When the anode lead conductor 12 and the cathode lead 22 are not connected, the anode lead conductor 12 and the cathode lead 22 are separately prepared and electrically connected to the anode 10 and the cathode 20, respectively. To do.

(乾式法)
次に、上述した造粒工程を経て製造した複合粒子P10を使用し、溶媒を用いない乾式法により電極を形成する場合について説明する。
(Dry method)
Next, the case where the composite particle P10 manufactured through the granulation process described above is used and an electrode is formed by a dry method without using a solvent will be described.

この場合、活物質含有層は以下の活物質含有層形成工程を経て形成される。この活物質含有層形成工程は、複合粒子P10を少なくとも含む粉体P12に加熱処理及び加圧処理を施してシート化し、複合粒子を少なくとも含むシート180を得るシート化工程と、シート180を活物質含有層(活物質含有層18又は活物質含有層28)として集電体上に配置する活物質含有層配置工程とを有する。   In this case, the active material-containing layer is formed through the following active material-containing layer forming step. In this active material-containing layer forming step, the powder P12 containing at least the composite particles P10 is subjected to heat treatment and pressure treatment to form a sheet to obtain a sheet 180 containing at least the composite particles, and the sheet 180 is converted into the active material. An active material-containing layer disposing step of disposing on the current collector as the containing layer (active material-containing layer 18 or active material-containing layer 28).

乾式法は、溶媒を用いずに電極を形成する方法であり、1)溶媒が不溶で安全である、2)溶媒を使用せず粒子のみを圧延するため電極(多孔体層)の高密度化を容易に行なうことができる、3)溶媒を使用しないので、湿式法で問題となる、集電体上に塗布した電極形成用塗布液からなる液膜の乾燥過程において、電極活物質からなる粒子P1、導電性を付与するための導電助剤からなる粒子P2、及び、結着剤からなる粒子P3の凝集及び偏在が発生しない、等の利点がある。   The dry method is a method of forming an electrode without using a solvent. 1) The solvent is insoluble and safe. 2) Only the particles are rolled without using a solvent, so that the electrode (porous body layer) is densified. 3) Particles made of an electrode active material in the drying process of a liquid film made of an electrode-forming coating solution coated on a current collector, which is a problem in a wet method because no solvent is used There are advantages such as no aggregation and uneven distribution of P1, particles P2 made of a conductive aid for imparting conductivity, and particles P3 made of a binder.

そしてこのシート化工程は、図18に示す熱ロールプレス機を用いて好適に行なうことができる。   And this sheeting process can be suitably performed using the hot roll press shown in FIG.

図4は乾式法により電極を製造する際のシート化工程の一例(熱ロールプレス機を用いる場合)を示す説明図である。   FIG. 4 is an explanatory view showing an example of a sheet forming process (when using a hot roll press) when manufacturing an electrode by a dry method.

この場合、図18に示すように、熱ロールプレス機(図示せず)の一対の熱ロール84及び熱ロール85の間に、複合粒子P10を少なくとも含む粉体P12を投入し、これらを混合して混練すると共に、熱及び圧力により圧延し、シート180(活物質含有層)に成形する。このとき、熱ロール84及び85の表面温度は60〜120℃であることが好ましく、圧力は20〜5000kgf/cmであることが好ましい。   In this case, as shown in FIG. 18, powder P12 containing at least composite particles P10 is put between a pair of heat rolls 84 and 85 of a heat roll press (not shown), and these are mixed. Kneading and rolling with heat and pressure to form a sheet 180 (active material-containing layer). At this time, the surface temperature of the hot rolls 84 and 85 is preferably 60 to 120 ° C., and the pressure is preferably 20 to 5000 kgf / cm.

ここで、複合粒子P10を少なくとも含む粉体P12には、電極活物質からなる粒子P1、導電性を付与するための導電助剤からなる粒子P2、結着剤からなる粒子P3のうちの少なくとも1種の粒子を更に混合してもよい。   Here, the powder P12 containing at least the composite particles P10 includes at least one of particles P1 made of an electrode active material, particles P2 made of a conductive auxiliary agent for imparting conductivity, and particles P3 made of a binder. The seed particles may be further mixed.

また、図18に示す熱ロールプレス機に投入する前に、複合粒子P10を少なくとも含む粉体P12をミルなどの混合手段により予め混練しておいてもよい。   In addition, the powder P12 containing at least the composite particles P10 may be previously kneaded by a mixing means such as a mill before being put into the hot roll press shown in FIG.

次に、シート180(活物質含有層)と集電体を電気的に接触させて、図17(a)に示したものと同様の電極シートES10を作製する。なお、集電体とシート180(活物質含有層)とを電気的に接触させることは、シート180(活物質含有層)を熱ロールプレス機で成形してから行ってもよいが、集電体と、該集電体の一方の面上に撒布された活物質含有層の構成材料(複合粒子P10を少なくとも含む粉体P12)とを熱ロール84及び熱ロール85に供給して、活物質含有層のシート成形及び活物質含有層と集電体との電気的な接続を同時に行うようにしてもよい。   Next, the sheet 180 (active material-containing layer) and the current collector are brought into electrical contact to produce an electrode sheet ES10 similar to that shown in FIG. Note that the current collector and the sheet 180 (active material-containing layer) may be electrically contacted after the sheet 180 (active material-containing layer) is formed by a hot roll press machine. The active material containing layer (powder P12 containing at least composite particles P10) distributed on one surface of the current collector to the hot roll 84 and the hot roll 85, Sheet formation of the containing layer and electrical connection between the active material containing layer and the current collector may be performed simultaneously.

次に、図17(a)〜(c)に示した方法と同様の方法により、作製する電気化学素子のスケールに合わせて、電極シートES10を打ち抜き、アノード10(及びカソード20)を得る。このとき、先に述べた縁部12Aの部分がアノード用リード12として含まれるように電極シートES10を打ち抜くことにより、予めアノード用リード12が一体化された状態のアノード10を得ることができる。なお、アノード用リード導体12及びカソード用リード22を接続していない場合には、アノード用リード導体12及びカソード用リード22を別途用意し、アノード10及びカソード20のそれぞれに対して電気的に接続する。   Next, by a method similar to the method shown in FIGS. 17A to 17C, the electrode sheet ES10 is punched out in accordance with the scale of the electrochemical device to be manufactured, and the anode 10 (and the cathode 20) is obtained. At this time, the anode 10 in which the anode lead 12 is integrated in advance can be obtained by punching the electrode sheet ES10 so that the edge portion 12A described above is included as the anode lead 12. When the anode lead conductor 12 and the cathode lead 22 are not connected, the anode lead conductor 12 and the cathode lead 22 are separately prepared and electrically connected to the anode 10 and the cathode 20, respectively. To do.

以上説明した湿式法及び乾式法により形成された活物質含有層(活物質含有層18又は活物質含有層28)中においては、図19に模式的に示す内部構造が形成されている。すなわち、活物質含有層(活物質含有層18又は活物質含有層28)においては、結着剤からなる粒子P3が使用されているにもかかわらず、電極活物質からなる粒子P1と導電助剤からなる粒子P2とが孤立せずに電気的に結合した構造が形成されている。   In the active material containing layer (the active material containing layer 18 or the active material containing layer 28) formed by the wet method and the dry method described above, the internal structure schematically shown in FIG. 19 is formed. That is, in the active material containing layer (the active material containing layer 18 or the active material containing layer 28), the particles P1 made of the electrode active material and the conductive auxiliary agent are used even though the particles P3 made of the binder are used. A structure is formed in which the particles P2 made of are electrically coupled without being isolated.

次に、素子組立処理部94では、集電体と活物質含有層との積層体(電極)を、アノード及びカソードのうちの少なくとも一方、好ましくは両方の電極として使用し、電気化学素子を組み立てる。   Next, the element assembly processing unit 94 assembles an electrochemical element by using the laminate (electrode) of the current collector and the active material-containing layer as at least one of the anode and the cathode, preferably both electrodes. .

より具体的には、先ず、別途用意したセパレータ40をアノード10とカソード20との間に接触した状態で配置し、素体60を完成する。   More specifically, first, a separately prepared separator 40 is disposed in contact with the anode 10 and the cathode 20 to complete the element body 60.

次に、ケース50を作製する。まず、第1のフィルム及び第2のフィルムを先に述べた複合包装フィルムから構成する場合には、ドライラミネ−ション法、ウエットラミネ−ション法、ホットメルトラミネ−ション法、エクストル−ジョンラミネ−ション法等の既知の製造法を用いて作製する。なお、このケースの作製は、不活性ガス雰囲気中で行なうことが好ましいが、必ずしも不活性ガス雰囲気中で行わなくてもよい。ただし、ケース50中に素体60、電解質溶液30を封入する作業は不活性ガス雰囲気中で行なう。   Next, the case 50 is produced. First, when the first film and the second film are composed of the composite packaging film described above, a dry lamination method, a wet lamination method, a hot melt lamination method, and an extrusion lamination method are used. It is produced using a known production method such as Note that this case is preferably manufactured in an inert gas atmosphere, but it is not necessarily performed in an inert gas atmosphere. However, the operation of sealing the element body 60 and the electrolyte solution 30 in the case 50 is performed in an inert gas atmosphere.

例えば、複合包装フィルムを構成する合成樹脂製の層となるフィルム、アルミニウム等からなる金属箔を用意する。金属箔は、例えば金属材料を圧延加工することにより用意することができる。   For example, a film that becomes a synthetic resin layer constituting the composite packaging film, and a metal foil made of aluminum or the like are prepared. The metal foil can be prepared, for example, by rolling a metal material.

次に、好ましくは先に述べた複数の層の構成となるように、合成樹脂製の層となるフィルムの上に接着剤を介して金属箔を貼り合わせる等して複合包装フィルム(多層フィルム)を作製する。そして、複合包装フィルムを所定の大きさに切断し、矩形状のフィルムを1枚用意する。   Next, a composite packaging film (multilayer film) is preferably obtained by laminating a metal foil via an adhesive on a film that becomes a layer made of a synthetic resin so as to have a configuration of a plurality of layers described above. Is made. Then, the composite packaging film is cut into a predetermined size to prepare one rectangular film.

次に、先に図2を参照して説明したように、1枚のフィルム53を折り曲げて、素体60を配置する。   Next, as described above with reference to FIG. 2, the single film 53 is folded and the element body 60 is disposed.

次に、第1のフィルム51及び第2のフィルム52の熱融着させるべき接触部分のうち、第1のフィルム51の熱融着すべき縁部(シール部51B)と第2のフィルム52の熱融着すべき縁部(シール部52B)との間に第1のリード及び第2のリードが配置される部分に対して熱融着処理を行う。ここで、アノード用リード12の表面にはケース50の充分な密封性をより確実に得る観点から、先に述べた接着剤を塗布しておくことが好ましい。これにより、熱融着処理の後において、アノード用リード12と、第1のフィルム51及び第2のフィルム52との間には、これらの密着性に寄与する接着剤からなる接着剤層14が形成される。次に、以上説明した手順と同様の手順で、カソード用リード22の周囲の部分についても熱融着処理を上記の熱融着処理と同時或いは別途行うことにより、充分な密封性を有するケー-ス50を形成することができる。   Next, of the contact portions to be heat-sealed between the first film 51 and the second film 52, the edge portion (seal portion 51B) of the first film 51 and the second film 52 to be heat-sealed. A heat-sealing process is performed on a portion where the first lead and the second lead are disposed between the edge portion (seal portion 52B) to be heat-sealed. Here, it is preferable to apply the above-mentioned adhesive to the surface of the anode lead 12 from the viewpoint of obtaining sufficient sealing performance of the case 50 more reliably. Thereby, after the heat fusion treatment, an adhesive layer 14 made of an adhesive that contributes to the adhesion between the anode lead 12 and the first film 51 and the second film 52 is formed. It is formed. Next, in a procedure similar to the procedure described above, a case having a sufficient hermeticity can be obtained by performing the thermal fusion treatment on the portion around the cathode lead 22 simultaneously or separately with the thermal fusion treatment. 50 can be formed.

次に、第1のフィルム51のシール部51B(縁部51B)と第2のフィルムのシール部52B(縁部52B)のうち、上述のアノード用リード12の周囲の部分及びカソード用リード22の周囲の部分以外の部分を、例えば、シール機を用いて所定の加熱条件で所望のシール幅だけヒートシール(熱溶着)する。   Next, of the seal portion 51B (edge portion 51B) of the first film 51 and the seal portion 52B (edge portion 52B) of the second film 51, the portion around the anode lead 12 and the cathode lead 22 described above. A part other than the surrounding part is heat-sealed (heat-welded) by a desired seal width under a predetermined heating condition using, for example, a sealing machine.

このとき、図20に示すように、非水電解質溶液30を注入するための開口部H51を確保するために、一部のヒートシールを行わない部分を設けておく。これにより開口部開口部H51を有した状態のケース50が得られる。   At this time, as shown in FIG. 20, in order to secure the opening H51 for injecting the non-aqueous electrolyte solution 30, a part not to be heat-sealed is provided. As a result, the case 50 having the opening H51 is obtained.

そして、不活性ガス雰囲気中で、図20に示すように、開口部H51から非水電解質溶液30を注入する。続いて、減圧シール機を用いて、ケース50の開口部H51をシールする。更に、図21に示すように、得られる電気化学キャパシタ1の設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度を向上させる観点から、必要に応じてケース5リチウムイオン2次電池1(電気化学素子)の作製が完了する。   Then, as shown in FIG. 20, the nonaqueous electrolyte solution 30 is injected from the opening H51 in an inert gas atmosphere. Subsequently, the opening H51 of the case 50 is sealed using a vacuum sealer. Furthermore, as shown in FIG. 21, from the viewpoint of improving the volume energy density based on the volume of the space in which the obtained electrochemical capacitor 1 is to be installed, case 5 lithium ion secondary battery 1 (electric (Chemical element) is completed.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。   The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、本発明の製造方法により形成される電気化学素子は本発明の製造方法により形成される電極をアノード及びカソードのうちの少なくとも一方の電極として備えていればよく、それ以外の構成及び構造は特に限定されない。   For example, the electrochemical element formed by the manufacturing method of the present invention may have an electrode formed by the manufacturing method of the present invention as at least one of an anode and a cathode, and the other configurations and structures are as follows. There is no particular limitation.

例えば、上記実施形態の説明においては、アノード10及びカソード20をそれぞれ1つずつ備えた電気化学素子を製造する場合について説明したが、アノード10及びカソード20をそれぞれ1以上備え、アノード10とカソード20との間にセパレータ40が常に1つ配置される構成の電気化学素子を製造してもよい。すなわち、図22に示すように、単位セル(アノード10、カソード20及びセパレータを兼ねる電解質層40からなるセル)102を複数積層し、これを所定のケース9内に密閉した状態で保持させた(パッケージ化した)モジュール200の構成を有していてもよい。   For example, in the description of the above embodiment, the case where an electrochemical device including one anode 10 and one cathode 20 is manufactured has been described. However, one or more anodes 10 and one cathode 20 are provided, and the anode 10 and the cathode 20 are provided. An electrochemical element having a configuration in which one separator 40 is always disposed between the two may be manufactured. That is, as shown in FIG. 22, a plurality of unit cells (cells composed of the anode 10, the cathode 20, and the electrolyte layer 40 that also serves as a separator) 102 are stacked and held in a predetermined case 9 in a sealed state ( You may have the structure of the module 200 packaged.

更に、この場合、各単位セルを並列に接続してもよく、直列に接続してもよい。また、例えば、このモジュール200を更に直列又は並列に複数電気的に接続させた電池ユニットを構成してもよい。この電池ユニットとしては、例えば、図23に示す電池ユニット300のように、例えば、1つのモジュール200のカソード端子104と別のモジュール200のアノード端子101とが金属片108により電気的に接続されることにより、直列接続の電池ユニット300を構成することができる。   Furthermore, in this case, the unit cells may be connected in parallel or in series. Further, for example, a battery unit in which a plurality of modules 200 are electrically connected in series or in parallel may be configured. As this battery unit, for example, as in the battery unit 300 shown in FIG. 23, for example, the cathode terminal 104 of one module 200 and the anode terminal 101 of another module 200 are electrically connected by a metal piece 108. Thus, a battery unit 300 connected in series can be configured.

このようにモジュール200を製造する場合には、素子組立処理部94において、以下のような素子を組み立てる機構を設ければよい。   When the module 200 is manufactured as described above, the element assembly processing unit 94 may be provided with a mechanism for assembling the following elements.

すなわち、例えば、3つのアノード10a〜10c及びカソード20a〜20c及び5つのセパレータ40a〜40eを積層した構成とする場合には、例えば、図24に示すように、不活性ガス雰囲気中で、3つのアノード10a〜10c及びカソード20a〜20c及び5つのセパレータ40a〜40eを順次積層した積層体60Aを形成する。そして、不活性ガス雰囲気中で、積層体60Aをケース50中に密封する。   That is, for example, when the three anodes 10a to 10c, the cathodes 20a to 20c, and the five separators 40a to 40e are stacked, for example, as shown in FIG. A stacked body 60A is formed by sequentially stacking the anodes 10a to 10c, the cathodes 20a to 20c, and the five separators 40a to 40e. Then, the stacked body 60A is sealed in the case 50 in an inert gas atmosphere.

更に、上述のモジュール200や電池ユニット300を構成する場合、必要に応じて、既存の電池に備えられているものと同様の保護回路(図示せず)やPTC(図示せず)を更に設けてもよい。   Further, when the module 200 and the battery unit 300 are configured, a protective circuit (not shown) and a PTC (not shown) similar to those provided in an existing battery are further provided as necessary. Also good.

また、上述した電気化学素子の実施形態の説明では、2次電池の構成を有するものについて説明したが、例えば、本発明の電気化学素子は、アノードと、カソードと、イオン伝導性を有する電解質層とを少なくとも備えており、アノードとカソードとが電解質層を介して対向配置された構成を有していればよく、一次電池であってもよい。複合粒子P10の電極活物質としては上述の例示物質の他に、既存の一次電池に使用されているものを使用してよい。導電助剤及び結着剤は上述の例示物質と同様であってよい。   In the above description of the embodiment of the electrochemical element, the secondary battery has been described. For example, the electrochemical element of the present invention includes an anode, a cathode, and an electrolyte layer having ion conductivity. As long as the anode and the cathode are arranged to face each other with the electrolyte layer interposed therebetween, and may be a primary battery. As the electrode active material of the composite particle P10, in addition to the above-described exemplary materials, those used in existing primary batteries may be used. The conductive auxiliary agent and the binder may be the same as those exemplified above.

更に、本発明の電極は、電池用の電極に限定されず、例えば、電気分解セル、電気化学キャパシタ(電気二重層キャパシタ、アルミ電解コンデンサ等)、又は、電気化学センサに使用される電極であってもよい。また、本発明の電気化学素子も、電池のみに限定されるものではなく、例えば、電気分解セル、電気化学キャパシタ(電気二重層キャパシタ、アルミ電解コンデンサ等)、又は、電気化学センサであってもよい。例えば、電気二重層キャパシタ用電極の場合、複合粒子P10を構成する電極活物質としては、ヤシガラ活性炭、ピッチ系活性炭、フェノール樹脂系活性炭等の電気二重層容量の高い炭素材料を使用することができる。   Furthermore, the electrode of the present invention is not limited to an electrode for a battery. For example, the electrode is used in an electrolytic cell, an electrochemical capacitor (such as an electric double layer capacitor or an aluminum electrolytic capacitor), or an electrochemical sensor. May be. Further, the electrochemical element of the present invention is not limited to a battery, and may be, for example, an electrolytic cell, an electrochemical capacitor (such as an electric double layer capacitor or an aluminum electrolytic capacitor), or an electrochemical sensor. Good. For example, in the case of an electrode for an electric double layer capacitor, a carbon material having a high electric double layer capacity such as coconut shell activated carbon, pitch-based activated carbon, phenol resin-based activated carbon can be used as the electrode active material constituting the composite particle P10. .

更に、例えば、食塩電解に使用されるアノードとして、例えば、酸化ルテニウム(或いは酸化ルテニウムとこれ以外の金属酸化物との複合酸化物)を熱分解したものを本発明における電極活物質として、複合粒子P10の構成材料として使用し、得られる複合粒子P10を含む活物質含有層をチタン基体上に形成した電極を構成してもよい。   Further, for example, as an anode used for salt electrolysis, for example, a composite particle obtained by thermally decomposing ruthenium oxide (or a composite oxide of ruthenium oxide and other metal oxide) is used as an electrode active material in the present invention. An electrode in which an active material-containing layer containing composite particles P10 obtained is formed on a titanium substrate may be used as a constituent material of P10.

また、本発明の電気化学素子が電気化学キャパシタの場合、電解質溶液としては、特に限定されず、公知の電気二重層キャパシタ等の電気化学キャパシタに用いられている非水電解質溶液(有機溶媒を使用する非水電解質溶液)を使用することができる。   In addition, when the electrochemical device of the present invention is an electrochemical capacitor, the electrolyte solution is not particularly limited, and a non-aqueous electrolyte solution (an organic solvent is used) used in an electrochemical capacitor such as a known electric double layer capacitor. Non-aqueous electrolyte solution) can be used.

更に、非水電解質溶液30の種類は特に限定されないが、一般的には溶質の溶解度、解離度、液の粘性を考慮して選択され、高導電率でかつ高電位窓(分解開始電圧が高い)の非水電解質溶液であることが望ましい。有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、ジエチレンカーボネート、アセトニトリルが挙げられる。また、電解質としては、例えば、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート(4フッ化ホウ素テトラエチルアンモニウム)のような4級アンモニウム塩が挙げられる。なお、この場合、混入水分を厳重に管理する必要がある。   Furthermore, the type of the non-aqueous electrolyte solution 30 is not particularly limited, but is generally selected in consideration of the solubility of solute, the degree of dissociation, and the viscosity of the solution, and has a high conductivity and a high potential window (a high decomposition start voltage). It is desirable that the non-aqueous electrolyte solution. Examples of the organic solvent include propylene carbonate, diethylene carbonate, and acetonitrile. Examples of the electrolyte include quaternary ammonium salts such as tetraethylammonium tetrafluoroborate (boron tetrafluoride tetraethylammonium). In this case, it is necessary to strictly manage the moisture content.

以下、実施例及び比較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限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

(実施例1)
(電極用炭素材料の作製)
図11に示したものと同様の構成を有する電気化学素子製造装置を使用した。また、そのプラズマ処理部91に図12に示したものと同様の構成を有するプラズマトーチを用いた。プラズマトーチを用い、炭素粉末(炭素質材料)としてメソフェーズカーボンマイクロビーズ(球状人造黒鉛、MCMB)を連続的に散布して熱プラズマ処理を施すことにより、電極用炭素材料を得た。なお、MCMBは、球状の人造黒鉛である。
(Example 1)
(Production of carbon materials for electrodes)
An electrochemical device manufacturing apparatus having the same configuration as that shown in FIG. 11 was used. Further, a plasma torch having the same configuration as that shown in FIG. Using a plasma torch, mesophase carbon micro beads (spherical artificial graphite, MCMB) were continuously sprayed as carbon powder (carbonaceous material) and subjected to thermal plasma treatment to obtain a carbon material for an electrode. MCMB is spherical artificial graphite.

熱プラズマ処理の際には、表1に示す化学組成を有するプラズマガスを用い、トーチ内の圧力は53kPaとし、周波数は2MHzとし、投入電力は40kWとし、粉末供給速度は1.6g/minとし、プラズマ処理時間は5分とした。モデル計算によれば、プラズマ温度は10,000℃以上となる。なお、プラズマガスとして混合ガスを用いた場合の流量比は、Ar:H2=93:7とした。 During the thermal plasma treatment, a plasma gas having the chemical composition shown in Table 1 is used, the pressure in the torch is 53 kPa, the frequency is 2 MHz, the input power is 40 kW, and the powder supply rate is 1.6 g / min. The plasma treatment time was 5 minutes. According to the model calculation, the plasma temperature is 10,000 ° C. or higher. The flow rate ratio when using a mixed gas as the plasma gas was Ar: H 2 = 93: 7.

Figure 0003785407
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(電極用複合粒子の作製)
熱プラズマ処理に後に得られた表面清浄化および表面修飾を施された電極用炭素材料(MCMB)を、大気に接触させずに、乾燥アルゴンガスで満たした攪拌転動流動層電極用複合粒子製造部のチャンバーへ移し、導電助材としてアセチレンブラック、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを用いて粒子複合化を行った。
(Preparation of composite particles for electrodes)
Manufacture of composite particles for stirred rolling fluidized bed electrodes filled with dry argon gas without contacting the carbon material (MCMB) for surface cleaning and surface modification obtained after thermal plasma treatment. The mixture was transferred to a chamber, and particle composite was performed using acetylene black as a conductive additive and polyvinylidene fluoride as a binder.

粒子複合化は以下のように行った。先ず、十分に乾燥させたポリフッ化ビニリデンをN,N−ジメチルホルムアミド(溶媒、水分40ppm 以下)に溶解させた溶液に、十分乾燥させたアセチレンブラックを分散させた液(原料液)を調製した。次に、この液(アセチレンブラック3質量%、ポリフッ化ビニリデン2質量%)を容器内で乾燥アルゴンガスで流動層化させた電極用炭素材料(MCMB)の粉体にアルゴンガスで噴霧し、当該粉体表面に溶液を付着させた。なお、この噴霧を行う際の粉体の置かれる雰囲気中の温度を80℃に保持することにより、噴霧とほぼ同時に当該粉体表面からN,N−ジメチルホルムアミドを除去した。このようにして粉体表面にアセチレンブラック及びポリフッ化ビニリデンを密着させ、造粒粒子(平均粒子径:150μm)を得た。   Particle compositing was performed as follows. First, a liquid (raw material liquid) was prepared by dispersing sufficiently dried acetylene black in a solution obtained by dissolving sufficiently dried polyvinylidene fluoride in N, N-dimethylformamide (solvent, water content of 40 ppm or less). Next, this liquid (acetylene black 3% by mass, polyvinylidene fluoride 2% by mass) was sprayed with argon gas onto a powder of carbon material for electrodes (MCMB) which was fluidized with dry argon gas in a container. The solution was allowed to adhere to the powder surface. Note that N, N-dimethylformamide was removed from the surface of the powder almost simultaneously with the spraying by maintaining the temperature in the atmosphere where the powder was placed at the time of spraying at 80 ° C. In this manner, acetylene black and polyvinylidene fluoride were adhered to the powder surface to obtain granulated particles (average particle size: 150 μm).

なお、この造粒処理において使用するカソードおよびアノードの電極活物質、導電助材及び結着剤のそれぞれの量は、最終的に得られる造粒粒子中のこれらの成分の質量比が電極活物質(90質量%)、導電助材(6質量%)及び結着剤(4質量%)となるように調節した。得られた造粒粒子は、乾燥アルゴンガスで満たされた電気化学素子製造装置の試料保存部へ移し保管した。   The amount of each of the cathode and anode electrode active materials, conductive additives and binders used in the granulation treatment is such that the mass ratio of these components in the finally obtained granulated particles is the electrode active material. (90% by mass), conductive additive (6% by mass) and binder (4% by mass) were adjusted. The obtained granulated particles were transferred to and stored in a sample storage unit of an electrochemical device manufacturing apparatus filled with dry argon gas.

(電極の作製)
電極の作成は電気化学素子製造装置の乾燥アルゴンで満たされた乾式法電極製造部で、溶剤を使わない乾式法で作成した。電気化学素子製造装置の試料保存部に保管してある平均粒径150μmの造粒粒子を、大気に接触させずに乾式法電極製造部に移し、予めホットメルト導電性層を3μmの厚さで塗布してある集電体(銅箔、厚さ30μm)上に乗せながら一定の活物質密度になるように熱ロールプレスで加工し、電極活物質層の厚さ70μmの電極を作成した。得られた電極は、乾燥アルゴンガスで満たされた電気化学素子製造装置の試料保存部へ移し、保管した。
(Production of electrodes)
The electrode was made by a dry method using an electrochemical element manufacturing apparatus filled with dry argon, using a dry method without using a solvent. The granulated particles having an average particle size of 150 μm stored in the sample storage unit of the electrochemical device manufacturing apparatus are transferred to the dry method electrode manufacturing unit without being exposed to the atmosphere, and the hot melt conductive layer is previously formed to a thickness of 3 μm. While being placed on the applied current collector (copper foil, thickness 30 μm), it was processed by a hot roll press so as to have a constant active material density, and an electrode having an electrode active material layer thickness of 70 μm was prepared. The obtained electrode was moved to the sample storage part of the electrochemical device manufacturing apparatus filled with dry argon gas and stored.

(電気化学素子の作製)
リチウムイオン二次電池の作製は電気化学素子製造装置の乾燥アルゴンガスで満たされた電気化学素子製造部で行った。電池の作製は以下のように行った。電気化学素子製造装置の試料保存部に保管してある電極用炭素材料(MCMB)からなる負極と、十分に乾燥させた後に電気化学素子製造部へ導入したコバルト酸リチウムからなる正極、ポリプロピレン多孔膜からなるセパレータをほぼ矩形となるように切断してシートとした。
(Production of electrochemical device)
The production of the lithium ion secondary battery was performed in the electrochemical device manufacturing section filled with dry argon gas in the electrochemical device manufacturing apparatus. The battery was produced as follows. A negative electrode made of carbon material for electrodes (MCMB) stored in the sample storage part of the electrochemical device manufacturing apparatus, a positive electrode made of lithium cobalt oxide and sufficiently introduced into the electrochemical device manufacturing part after being sufficiently dried, a polypropylene porous film A separator made of was cut into a substantially rectangular shape to obtain a sheet.

次に、正極、多孔膜、負極の順に各シートを位置決めして積層し、次いで、正極タブに細長いアルミニウム箔を、負極タブに細長いニッケル箔をそれぞれ溶接してリードを取り出した後、得られる積層体をアルミラミネートパック中に入れ、この中に適量の1mol/LのLiPF6/EC+DMC[EC:DMC=1:2(体積比)]電解液を注液し、積層体に含浸させた。次いで、積層体中の余分な電解液を除去した後、アルミラミネートパックを熱封入し、リチウムイオン二次電池を得た。 Next, the sheets are positioned and laminated in the order of the positive electrode, the porous film, and the negative electrode, and then the laminate obtained by welding the elongated aluminum foil to the positive electrode tab and the elongated nickel foil to the negative electrode tab, respectively, and taking out the leads. The body was put in an aluminum laminate pack, and an appropriate amount of 1 mol / L LiPF 6 / EC + DMC [EC: DMC = 1: 2 (volume ratio)] electrolytic solution was poured therein to impregnate the laminate. Subsequently, after removing the excess electrolyte solution in the laminate, the aluminum laminate pack was heat sealed to obtain a lithium ion secondary battery.

(実施例2)
電極用複合粒子の作製の電極用複合粒子製造の熱プラズマ処理を行う工程でのプラズマ処理雰囲気ガスをAr:H2:CO2=87:7:6とした以外は実施例1と同様の手順及び条件で作製した。
(Example 2)
The same procedure as in Example 1 except that the plasma treatment atmosphere gas in the step of producing the composite particles for electrodes in the production of the composite particles for electrodes is Ar: H 2 : CO 2 = 87: 7: 6 It was produced under the conditions.

(実施例3)
電極用複合粒子製造の粒子複合化の工程で攪拌転動流動層を使用した造粒の代わりに、噴霧乾燥造粒を行ったこと以外は実施例1と同様に作製した。
(Example 3)
It was produced in the same manner as in Example 1 except that spray drying granulation was performed instead of granulation using a stirring and rolling fluidized bed in the step of particle compositing in the production of composite particles for electrodes.

粒子複合化は以下のように行った。先ず、熱プラズマ処理後のMCMB と十分に乾燥させたポリフッ化ビニリデンをN,N−ジメチルホルムアミド(溶媒、水分40ppm 以下)に溶解させた溶液に、十分乾燥させたアセチレンブラックを分散させた液(原料液)を調製した。次に、この液(MCMB22.5%アセチレンブラック1.5 質量%、ポリフッ化ビニリデン0.5 質量%)を噴霧乾燥方式で造粒し、平均粒径40μmの造粒粒子を得た。   Particle compositing was performed as follows. First, a solution obtained by dispersing sufficiently dried acetylene black in a solution obtained by dissolving MCMB after thermal plasma treatment and sufficiently dried polyvinylidene fluoride in N, N-dimethylformamide (solvent, moisture 40 ppm or less) ( Raw material liquid) was prepared. Next, this liquid (MCMB 22.5% acetylene black 1.5% by mass, polyvinylidene fluoride 0.5% by mass) was granulated by a spray drying method to obtain granulated particles having an average particle size of 40 μm.

(実施例4)
電極用複合粒子の作製の電極用複合粒子製造の熱プラズマ処理を行う工程でのプラズマ処理雰囲気ガスをAr:H2:CO2=87:7:6とした以外は実施例3と同様の手順及び条件で作製した。
(Example 4)
The same procedure and conditions as in Example 3 except that the plasma treatment atmosphere gas in the step of producing the composite particles for electrodes in the production of the composite particles for electrodes is Ar: H 2: CO 2 = 87: 7: 6 It was produced with.

(比較例1)
(電極の作製)
MCMB に表面改質処理を行わず、粒子複合化も行わず、大気中で、負極活物質、導電助材、結着剤およびこれらの組成比率は実施例1と同等のものを用いて、電極を作製した。
(Comparative Example 1)
(Production of electrodes)
MCMB is not subjected to surface modification treatment and particle compositing, and in the atmosphere, the negative electrode active material, the conductive additive, the binder, and the composition ratio thereof are the same as in Example 1, and the electrode Was made.

電極の作製は以下のように行った。N−メチル−2−ピロリドン(NMP) に5質量%となるようにポリフッ化ビニリデンをNMPに溶解し、結合剤溶液を作製した。ポリフッ化ビニリデン4質量%に対して活物質90質量%と導電材6質量%となるようにこれらをハイパーミキサーで乾式混合した。この混合物に上記結合剤溶液が活物質90質量%、導電助材6質量%に対してポリフッ化ビニリデン4質量%となるように加え、ハイパーミキサーにて溶解し、活物質合剤塗料を得た。調製された合剤塗料を、エクストルージョンノズルにて集電体(銅箔)の片面に塗布し、乾燥した。これをローラープレス機にて所定の活物質密度となるように加工し、所定の大きさに切断し、厚さ、活物質密度が実施例と同等な電極を得た。   The electrode was produced as follows. Polyvinylidene fluoride was dissolved in NMP so as to be 5% by mass in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a binder solution. These were dry-mixed with a hypermixer such that 90% by mass of the active material and 6% by mass of the conductive material with respect to 4% by mass of polyvinylidene fluoride. The binder solution was added to this mixture so that the active material was 90% by mass and the conductive auxiliary was 6% by mass with 4% by mass of polyvinylidene fluoride, and was dissolved in a hypermixer to obtain an active material mixture paint. . The prepared mixture paint was applied to one side of a current collector (copper foil) with an extrusion nozzle and dried. This was processed with a roller press so as to have a predetermined active material density, cut into a predetermined size, and an electrode having a thickness and an active material density equivalent to those of the example was obtained.

(電気化学素子の作製)
リチウムイオン二次電池の作製は、作製場所は異なるが、環境は実施例1と同様の乾燥環境とした。実施例1の電気化学素子製造装置の乾燥アルゴンガスで満たされた電気化学素子製造部で行ったかわりに、乾燥アルゴンガスで満たされたグローブボックスで作製した。
(Production of electrochemical device)
The production of the lithium ion secondary battery was different from the production place, but the environment was the same dry environment as in Example 1. Instead of using the electrochemical device manufacturing unit filled with dry argon gas in the electrochemical device manufacturing apparatus of Example 1, the glove box was filled with dry argon gas.

(比較例2)
電極用複合粒子の作製時にMCMB に表面改質処理を行わなかった以外は、実施例1と同様に作製した。
(Comparative Example 2)
The composite particles for electrodes were prepared in the same manner as in Example 1 except that the surface modification treatment was not performed on the MCMB.

(比較例3)
電極用複合粒子の作製は実施例1と同様に行ったが、電極の作製ならびに電気化学素子の作製は比較例1と同様に行った。
[電池の充放電特性評価試験]
実施例1〜4及び比較例1〜3の各電池の初期充放電効率(初回の充放電効率)、初期放電容量、サイクル特性について評価試験を行った。
(Comparative Example 3)
Production of the composite particles for electrodes was carried out in the same manner as in Example 1. However, production of electrodes and production of electrochemical elements were carried out in the same manner as in Comparative Example 1.
[Battery charge / discharge characteristics evaluation test]
Evaluation tests were performed on the initial charge / discharge efficiency (initial charge / discharge efficiency), initial discharge capacity, and cycle characteristics of the batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3.

充放電の電流は1C とし、充電は定電流低電圧法、放電は定電流法で行った。表2にそれぞれの結果を実施例、比較例交えて示した。なお、初回の充放電効率は、{(初回の放電容量)/(初回の充電容量)}×100、初期放電容量は、比較例1の放電容量を100 とした場合の容量、サイクル特性は放電容量が初期放電容量の80%以下になるサイクルを示した。   Charging / discharging current was 1C, charging was performed by the constant current low voltage method, and discharging was performed by the constant current method. Table 2 shows the results together with examples and comparative examples. The initial charge / discharge efficiency is {(initial discharge capacity) / (initial charge capacity)} × 100, the initial discharge capacity is the capacity when the discharge capacity of Comparative Example 1 is 100, and the cycle characteristics are discharge. A cycle in which the capacity is 80% or less of the initial discharge capacity is shown.

Figure 0003785407
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本発明により得られる電極用複合粒子及び電極は、電気化学素子に利用することができ、本発明により得られる電気化学素子は、携帯機器(小型電子機器)等の電源のバックアップ用電源、ハイブリッド車向けの補助電源として利用することができる。   The composite particles for electrodes and electrodes obtained by the present invention can be used for electrochemical devices, and the electrochemical devices obtained by the present invention are power supplies for backup of power supplies such as portable devices (small electronic devices), hybrid vehicles. Can be used as an auxiliary power source.

本発明の製造方法の好適な一実施形態により製造される電気化学素子の一例(リチウムイオン2次電池)の基本構成を示す正面図である。It is a front view which shows the basic composition of an example (lithium ion secondary battery) of the electrochemical element manufactured by suitable one Embodiment of the manufacturing method of this invention. 図1に示す電気化学素子の内部をアノード10の表面の法線方向からみた場合の展開図である。FIG. 2 is a development view when the inside of the electrochemical element shown in FIG. 1 is viewed from the normal direction of the surface of an anode 10. 図1に示す電気化学素子を図1のX1−X1線に沿って切断した場合の模式断面図である。It is a schematic cross section at the time of cut | disconnecting the electrochemical element shown in FIG. 1 along the X1-X1 line | wire of FIG. 図1に示す電気化学素子を図1のX2−X2線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the principal part at the time of cut | disconnecting the electrochemical element shown in FIG. 1 along the X2-X2 line | wire of FIG. 図1に示す電気化学素子を図1のY−Y線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the principal part at the time of cut | disconnecting the electrochemical element shown in FIG. 1 along the YY line of FIG. 図1に示す電気化学素子のケースの構成材料となるフィルムの基本構成の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the basic composition of the film used as the constituent material of the case of the electrochemical element shown in FIG. 図1に示す電気化学素子のケースの構成材料となるフィルムの基本構成の別の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows another example of the basic composition of the film used as the constituent material of the case of the electrochemical element shown in FIG. 図1に示す電気化学素子のアノードの基本構成の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the basic composition of the anode of the electrochemical element shown in FIG. 図1に示す電気化学素子のカソードの基本構成の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the basic composition of the cathode of the electrochemical element shown in FIG. 本発明の製造方法における造粒工程において製造される複合粒子の基本構成の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the basic composition of the composite particle manufactured in the granulation process in the manufacturing method of this invention. 本発明の電気化学素子製造装置の好適な一実施形態の基本構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the basic composition of suitable one Embodiment of the electrochemical element manufacturing apparatus of this invention. プラズマ処理を行うために用いる高周波熱プラズマの発生装置(プラズマトーチ)の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the generator (plasma torch) of the high frequency thermal plasma used in order to perform a plasma processing. 電極を製造する際の造粒工程の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the granulation process at the time of manufacturing an electrode. 湿式法により電極を製造する際の塗布液調製工程の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the coating liquid preparation process at the time of manufacturing an electrode by a wet method. 電極形成用塗布液を用いた電極シートの形成工程を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the formation process of the electrode sheet using the coating liquid for electrode formation. 電極形成用塗布液を用いた電極シートの形成工程を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the formation process of the electrode sheet using the coating liquid for electrode formation. (a)〜(c)は電極シートから電極を形成する工程を説明するための説明図である。(A)-(c) is explanatory drawing for demonstrating the process of forming an electrode from an electrode sheet. 乾式法により電極を製造する際のシート化工程の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the sheeting process at the time of manufacturing an electrode by a dry process. 本発明により製造される電極の活物質含有層中の内部構造を概略的に示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows roughly the internal structure in the active material content layer of the electrode manufactured by this invention. ケース内に非水電解質溶液を充填する際の手順の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the procedure at the time of filling a nonaqueous electrolyte solution in a case. ケースのシール部を折り曲げた場合の電気化学キャパシタを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the electrochemical capacitor at the time of bending the seal part of a case. 本発明の電気化学素子の製造方法により得られる電気化学素子の他の形態の基本構成を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the basic composition of the other form of the electrochemical element obtained by the manufacturing method of the electrochemical element of this invention. 本発明の電気化学素子の更に他の一実施形態の基本構成を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the basic composition of another one Embodiment of the electrochemical element of this invention. 複数の電極及びセパレータにより構成された積層体からなる電気化学素子を形成する場合の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method in the case of forming the electrochemical element which consists of a laminated body comprised by the some electrode and separator. 従来の電極用複合粒子の部分的な構成、及び、従来の電極用複合粒子を用いて形成された電極の活物質含有層中の内部構造を概略的に示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows roughly the internal structure in the active material content layer of the electrode formed using the partial structure of the conventional composite particle for electrodes, and the conventional composite particle for electrodes.

符号の説明Explanation of symbols

1…電気化学素子(リチウムイオン2次電池)、5・・・流動槽、6・・・原料液の液滴、10…アノード、12…アノード用リード、14…絶縁体、20…カソード、22…カソード用リード、24…絶縁体、22・・・活物質含有層、24…集電体、30…非水電解質溶液、32・・・活物質含有層、34…集電体、40…電解質層、50…ケース、52・・・開口部、54・・・開口部、60…素体、84,85・・・熱ロール、90・・・電気化学素子製造装置、91・・・プラズマ処理部、92・・・造粒処理部、93・・・活物質含有層形成処理部、94・・・素子組立処理部、95・・・不活性ガス雰囲気形成手段(グローブボックス)、100・・・高周波熱プラズマの発生装置(プラズマトーチ)、110…水冷二重管、120・・・高周波コイル、130…蓋、140・・・粉末(電極活物質からなる粒子)供給用水冷プローブ、150…チャンバ、180・・・シート(活物質含有層)、200・・・モジュール、300・・・電池ユニット、L2・・・電極形成用塗布液、P1・・・電極活物質からなる粒子、P2・・・導電助剤からなる粒子、P3・・・結着剤からなる粒子、P10・・・複合粒子、P12・・・複合粒子P10を含む粉体。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrochemical element (lithium ion secondary battery), 5 ... Fluid tank, 6 ... Raw material liquid droplet, 10 ... Anode, 12 ... Anode lead, 14 ... Insulator, 20 ... Cathode, 22 ... Lead for cathode, 24 ... Insulator, 22 ... Active material containing layer, 24 ... Current collector, 30 ... Nonaqueous electrolyte solution, 32 ... Active material containing layer, 34 ... Current collector, 40 ... Electrolyte Layer, 50 ... case, 52 ... opening, 54 ... opening, 60 ... element, 84,85 ... heat roll, 90 ... electrochemical element manufacturing apparatus, 91 ... plasma treatment , 92... Granulation processing unit, 93... Active material containing layer formation processing unit, 94... Element assembly processing unit, 95... Inert gas atmosphere forming means (glove box), 100. -High frequency thermal plasma generator (plasma torch), 110 ... water-cooled double tube, DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... High frequency coil, 130 ... Cover, 140 ... Water-cooled probe for supplying powder (particles made of electrode active material), 150 ... Chamber, 180 ... Sheet (active material-containing layer), 200 ... Module , 300 ... battery unit, L2 ... electrode-forming coating solution, P1 ... particles made of electrode active material, P2 ... particles made of conductive assistant, P3 ... particles made of binder. , P10 ... composite particles, P12 ... powder containing composite particles P10.

Claims (21)

プラズマガス雰囲気中において、炭素質材料からなる原料に対して高周波熱プラズマ処理を施すことにより電子伝導性を有する電極活物質からなる粒子を得るプラズマ処理工程と、
前記プラズマ処理工程後に得られる前記電極活物質からなる粒子に対し、導電助剤と、前記電極活物質と前記導電助剤とを結着させることが可能な結着剤とを密着させて一体化することにより、前記電極活物質と、前記導電助剤と、前記結着剤とを含む電極用複合粒子を形成する造粒工程と、
を有しており、
前記造粒工程を不活性ガス雰囲気中で行うこと、
を特徴とする電極用複合粒子の製造方法。
In a plasma gas atmosphere, a plasma treatment step of obtaining particles made of an electrode active material having electron conductivity by subjecting a raw material made of a carbonaceous material to high frequency thermal plasma treatment;
The particles made of the electrode active material obtained after the plasma treatment step are integrated by closely adhering a conductive additive and a binder capable of binding the electrode active material and the conductive additive. A granulating step of forming composite particles for an electrode comprising the electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder;
Have
Performing the granulation step in an inert gas atmosphere;
A method for producing composite particles for an electrode.
前記造粒工程をスプレードライ方式に基づいて行うことを特徴とする請求項1に記載の電極用複合粒子の製造方法。 The method for producing composite particles for an electrode according to claim 1, wherein the granulating step is performed based on a spray drying method. 前記造粒工程は、
前記結着剤と前記導電助剤と溶媒とを含む原料液を調製する原料液調製工程と、
流動槽中に前記電極活物質からなる粒子を投入し、前記電極活物質からなる粒子を流動層化させる流動層化工程と、
前記電極活物質からなる粒子を含む前記流動層中に前記原料液を噴霧することにより、前記原料液を前記電極活物質からなる粒子に付着、乾燥させ、前記電極活物質からなる粒子の表面に付着した前記原料液から前記溶媒を除去し、前記結着剤により前記電極活物質からなる粒子と前記導電助剤からなる粒子とを密着させる噴霧乾燥工程と、
を含むこと、
を特徴とする請求項1に記載の電極用複合粒子の製造方法。
The granulation step includes
A raw material liquid preparation step of preparing a raw material liquid containing the binder, the conductive additive and a solvent;
A fluidized bed forming step of introducing particles made of the electrode active material into a fluidized tank and fluidizing the particles made of the electrode active material;
By spraying the raw material liquid into the fluidized bed containing the particles made of the electrode active material, the raw material liquid is attached to the particles made of the electrode active material and dried, so that the surface of the particles made of the electrode active material A spray drying step of removing the solvent from the adhering raw material liquid, and causing the particles made of the electrode active material and the particles made of the conductive additive to be in close contact with the binder;
Including
The manufacturing method of the composite particle for electrodes of Claim 1 characterized by these.
前記流動層化工程において、前記流動槽中に気流を発生させ、該気流中に前記電極活物質からなる粒子を投入し、前記電極活物質からなる粒子を流動層化させること、
を特徴とする請求項3に記載の電極用複合粒子の製造方法。
In the fluidized bed forming step, an air stream is generated in the fluidized tank, particles made of the electrode active material are introduced into the air stream, and the particles made of the electrode active material are fluidized bed.
The method for producing composite particles for an electrode according to claim 3 .
前記造粒工程において、前記流動槽中の温度を50℃以上で、前記結着剤の融点以下に調節すること、
を特徴とする請求項3又は4に記載の電極用複合粒子の製造方法。
In the granulation step, the temperature in the fluidized tank is adjusted to 50 ° C. or more and below the melting point of the binder,
The method for producing composite particles for an electrode according to claim 3 or 4.
前記造粒工程において、前記流動槽中に発生させる前記気流は、不活性ガスからなる気流であること、
を特徴とする請求項3〜5のうちの何れか1項に記載の電極用複合粒子の製造方法。
In the granulation step, the air flow generated in the fluidized tank is an air flow made of an inert gas,
The method for producing composite particles for an electrode according to any one of claims 3 to 5, wherein:
前記原料液に含まれる前記溶媒は、前記結着剤を溶解又は分散可能であるとともに前記導電助剤を分散可能であること、
を特徴とする請求項3〜6のうちの何れか1項に記載の電極用複合粒子の製造方法。
The solvent contained in the raw material liquid can dissolve or disperse the binder and can disperse the conductive aid;
The method for producing composite particles for an electrode according to any one of claims 3 to 6, wherein:
前記原料液に含まれる前記溶媒中の水分の割合が100ppm以下であること、を特徴とする請求項7に記載の電極用複合粒子の製造方法。 The method for producing composite particles for an electrode according to claim 7, wherein a ratio of moisture in the solvent contained in the raw material liquid is 100 ppm or less. 前記電極活物質が1次電池又は2次電池のカソード及びアノードのうちの少なくとも一方に使用可能な活物質であることを特徴とする請求項1〜8のうちの何れか1項に記載の電極用複合粒子の製造方法。 The electrode according to any one of claims 1 to 8, wherein the electrode active material is an active material that can be used for at least one of a cathode and an anode of a primary battery or a secondary battery. For producing composite particles for use. 前記電極活物質が電気化学キャパシタを構成する電極に使用可能な電子伝導性を有する炭素材料であることを特徴とする請求項1〜8のうちの何れか1項に記載の電極用複合粒子の製造方法。 Composite particle for electrode according to any one of claims 1-8, wherein the electrode active material is carbon materials having electron conductivity can be used in electrodes of the electrochemical capacitor Manufacturing method. 前記造粒工程の後、得られる電極用複合粒子を前記不活性ガス雰囲気中で密閉した状態で保存可能なケース内に密閉する粒子保存工程を更に含むこと、を特徴とする請求項1〜10のうちの何れか1項に記載の電極用複合粒子の製造方法。 The particle | grain preservation | save process of sealing in the case which can be preserve | saved in the state sealed in the said inert gas atmosphere is further included after the said granulation process, The composite particle for electrodes obtained further is characterized by the above-mentioned. The manufacturing method of the composite particle for electrodes any one of these. 電極活物質を含む導電性の活物質含有層と、前記活物質含有層に電気的に接触した状態で配置される導電性の集電体と、を少なくとも有する電極の製造方法であって、
請求項1〜11のうちの何れか1項に記載の電極用複合粒子の製造方法により電極用複合粒子を形成する複合粒子形成工程と、
前記集電体の前記活物質含有層を形成すべき部位に、前記複合粒子を用いて前記活物質含有層を形成する活物質含有層形成工程と、
を有しており、
前記複合粒子形成工程の前記プラズマ処理工程後における前記活物質含有層形成工程を不活性ガス雰囲気中で行うこと、
を特徴とする電極の製造方法。
A method for producing an electrode having at least a conductive active material-containing layer containing an electrode active material, and a conductive current collector disposed in electrical contact with the active material-containing layer,
A composite particle forming step of forming composite particles for electrodes by the method for producing composite particles for electrodes according to any one of claims 1 to 11,
An active material-containing layer forming step of forming the active material-containing layer using the composite particles at a site where the active material-containing layer of the current collector is to be formed;
Have
Performing the active material containing layer forming step after the plasma treatment step of the composite particle forming step in an inert gas atmosphere,
An electrode manufacturing method characterized by the above.
前記活物質含有層形成工程は、
前記複合粒子を少なくとも含む粉体に加熱処理及び加圧処理を施してシート化し、前記複合粒子を少なくとも含むシートを得るシート化工程と、
前記シートを前記活物質含有層として前記集電体上に配置する活物質含有層配置工程と、
を有すること、
を特徴とする請求項12に記載の電極の製造方法。
The active material-containing layer forming step includes
A sheet forming step of obtaining a sheet containing at least the composite particles by subjecting the powder containing at least the composite particles to heat treatment and pressure treatment to form a sheet;
An active material-containing layer arrangement step of arranging the sheet as the active material-containing layer on the current collector;
Having
The method for producing an electrode according to claim 12.
前記活物質含有層形成工程は、
前記複合粒子を分散又は混練可能な液体に前記複合粒子を添加して電極形成用塗布液を調製する塗布液調製工程と、
前記集電体の前記活物質含有層を形成すべき部位に、前記電極形成用塗布液を塗布する工程と、
前記集電体の前記活物質含有層を形成すべき部位に塗布された前記電極形成用塗布液からなる液膜を固化させる工程と、を含むこと、
を特徴とする請求項12に記載の電極の製造方法。
The active material-containing layer forming step includes
A coating liquid preparation step of preparing a coating liquid for electrode formation by adding the composite particles to a liquid capable of dispersing or kneading the composite particles;
Applying the electrode-forming coating liquid to a portion of the current collector where the active material-containing layer is to be formed;
Solidifying a liquid film composed of the electrode-forming coating liquid applied to a portion of the current collector where the active material-containing layer is to be formed,
The method for producing an electrode according to claim 12.
前記活物質含有層形成工程の後、得られる電極を前記不活性ガス雰囲気中で密閉した状態で保存可能なケース内に密閉する電極保存工程を更に含むこと、を特徴とする請求項12〜14のうちの何れか1項に記載の電極の製造方法。 The electrode preservation | save process of sealing further in the case which can be preserve | saved in the state sealed in the said inert gas atmosphere after the said active material content layer formation process is further included, It is characterized by the above-mentioned. The manufacturing method of the electrode of any one of these. アノードと、カソードと、イオン伝導性を有する電解質層とを少なくとも備えており、前記アノードと前記カソードとが前記電解質層を介して対向配置された構成を有する電気化学素子の製造方法であって、
前記アノード及び前記カソードのうちの少なくとも一方の電極として、請求項12〜14のうちの何れか1項に記載の電極の製造方法により電極を形成する電極形成工程を有しており、
前記電極形成工程により得られる電極を、不活性ガス雰囲気中においた状態で製造すること、
を特徴とする電気化学素子の製造方法。
A method for producing an electrochemical element comprising at least an anode, a cathode, and an electrolyte layer having ionic conductivity, wherein the anode and the cathode are arranged to face each other with the electrolyte layer interposed therebetween,
An electrode forming step of forming an electrode by at least one of the anode and the cathode by the electrode manufacturing method according to any one of claims 12 to 14,
Producing the electrode obtained by the electrode forming step in an inert gas atmosphere;
The manufacturing method of the electrochemical element characterized by these.
プラズマガス雰囲気中において、炭素質材料からなる原料に対して高周波熱プラズマ処理を施すことにより電子伝導性を有する電極活物質からなる粒子を得るプラズマ処理を行うプラズマ処理部と、
不活性ガス雰囲気中で、前記プラズマ処理後に得られる前記電極活物質からなる粒子に対し、導電助剤と、前記電極活物質と前記導電助剤とを結着させることが可能な結着剤とを密着させて一体化することにより、前記電極活物質と、前記導電助剤と、前記結着剤とを含む電極用複合粒子を形成する造粒処理を行う造粒処理部と、
前記造粒処理を不活性ガス雰囲気中で行うための不活性ガス雰囲気形成手段と、
を有していること、
を特徴とする電極用複合粒子製造装置。
A plasma processing unit that performs plasma processing to obtain particles made of an electrode active material having electron conductivity by performing high-frequency thermal plasma processing on a raw material made of a carbonaceous material in a plasma gas atmosphere;
A conductive assistant and a binder capable of binding the electrode active material and the conductive assistant to particles made of the electrode active material obtained after the plasma treatment in an inert gas atmosphere; A granulation treatment unit that performs a granulation treatment to form composite particles for an electrode including the electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder,
An inert gas atmosphere forming means for performing the granulation treatment in an inert gas atmosphere;
Having
An apparatus for producing composite particles for electrodes.
前記造粒処理の後、得られる電極用複合粒子を前記不活性ガス雰囲気中で密閉した状態で保存可能なケース内に密閉する粒子保存処理を行う粒子保存処理部を更に備えていること、を特徴とする請求項17に記載の電極用複合粒子製造装置。 After the granulation treatment, further comprising a particle preservation treatment section for carrying out a particle preservation treatment for sealing the obtained composite particles for an electrode in a case that can be preserved in a sealed state in the inert gas atmosphere. The composite particle manufacturing apparatus for an electrode according to claim 17, 電極活物質を含む導電性の活物質含有層と、前記活物質含有層に電気的に接触した状態で配置される導電性の集電体と、を少なくとも有する電極を製造するための電極製造装置であって、
プラズマガス雰囲気中において、炭素質材料からなる原料に対して高周波熱プラズマ処理を施すことにより電子伝導性を有する電極活物質からなる粒子を得るプラズマ処理を行うプラズマ処理部と、
不活性ガス雰囲気中で、前記プラズマ処理後に得られる前記電極活物質からなる粒子に対し、導電助剤と、前記電極活物質と前記導電助剤とを結着させることが可能な結着剤とを密着させて一体化することにより、前記電極活物質と、前記導電助剤と、前記結着剤とを含む電極用複合粒子を形成する造粒処理を行う造粒処理部と、
前記集電体の前記活物質含有層を形成すべき部位に、前記複合粒子を用いて前記活物質含有層を形成する活物質含有層形成処理部と、
前記造粒処理部における処理及び前記活物質含有層形成処理部における処理を不活性ガス雰囲気中で行うための不活性ガス雰囲気形成手段と、
を有していること、
を特徴とする電極製造装置。
Electrode manufacturing apparatus for manufacturing an electrode having at least a conductive active material-containing layer containing an electrode active material, and a conductive current collector arranged in electrical contact with the active material-containing layer Because
A plasma processing unit that performs plasma processing to obtain particles made of an electrode active material having electron conductivity by performing high-frequency thermal plasma processing on a raw material made of a carbonaceous material in a plasma gas atmosphere;
A conductive assistant and a binder capable of binding the electrode active material and the conductive assistant to particles made of the electrode active material obtained after the plasma treatment in an inert gas atmosphere; A granulation treatment unit that performs a granulation treatment to form composite particles for an electrode including the electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder,
An active material-containing layer forming treatment unit that forms the active material-containing layer using the composite particles at a site where the active material-containing layer of the current collector is to be formed;
An inert gas atmosphere forming means for performing the treatment in the granulation treatment section and the treatment in the active material-containing layer formation treatment section in an inert gas atmosphere;
Having
An electrode manufacturing apparatus.
前記活物質含有層形成処理部において前記活物質含有層を形成した後、得られる電極を前記不活性ガス雰囲気中で密閉した状態で保存可能なケース内に密閉する電極保存処理を行う電極保存処理部を更に備えていること、を特徴とする請求項19に記載の電極製造装置。 After the active material-containing layer is formed in the active material-containing layer formation processing section, an electrode storage treatment is performed in which the obtained electrode is sealed in a case that can be stored in a sealed state in the inert gas atmosphere. The electrode manufacturing apparatus according to claim 19, further comprising a section. アノードと、カソードと、イオン伝導性を有する電解質層とを少なくとも備えており、前記アノードと前記カソードとが前記電解質層を介して対向配置された構成を有し、かつ、前記アノード及び前記カソードが電極活物質を含む導電性の活物質含有層と、前記活物質含有層に電気的に接触した状態で配置される導電性の集電体と、を少なくとも有する構成を有する電気化学素子を製造するための電気化学素子製造装置であって、
プラズマガス雰囲気中において、炭素質材料からなる原料に対して高周波熱プラズマ処理を施すことにより電子伝導性を有する電極活物質からなる粒子を得るプラズマ処理を行うプラズマ処理部と、
不活性ガス雰囲気中で、前記プラズマ処理後に得られる前記電極活物質からなる粒子に対し、導電助剤と、前記電極活物質と前記導電助剤とを結着させることが可能な結着剤とを密着させて一体化することにより、前記電極活物質と、前記導電助剤と、前記結着剤とを含む電極用複合粒子を形成する造粒処理を行う造粒処理部と、
前記集電体の前記活物質含有層を形成すべき部位に、前記複合粒子を用いて前記活物質含有層を形成する活物質含有層形成処理部と、
前記集電体と前記活物質含有層との積層体を、前記アノード及び前記カソードのうちの少なくとも一方の電極として使用し、前記電気化学素子を組み立てる素子組立処理部と、
前記造粒処理部における処理、前記活物質含有層形成処理部における処理及び前記素子組立処理部における処理を不活性ガス雰囲気中で行うための不活性ガス雰囲気形成手段と、
を有していること、
を特徴とする電気化学素子製造装置。

An anode, a cathode, and an electrolyte layer having ion conductivity, wherein the anode and the cathode are arranged to face each other with the electrolyte layer interposed therebetween, and the anode and the cathode are An electrochemical device having a configuration including at least a conductive active material-containing layer containing an electrode active material and a conductive current collector disposed in electrical contact with the active material-containing layer is manufactured. An electrochemical device manufacturing apparatus for
A plasma processing unit that performs plasma processing to obtain particles made of an electrode active material having electron conductivity by performing high-frequency thermal plasma processing on a raw material made of a carbonaceous material in a plasma gas atmosphere;
A conductive assistant and a binder capable of binding the electrode active material and the conductive assistant to particles made of the electrode active material obtained after the plasma treatment in an inert gas atmosphere; A granulation treatment unit that performs a granulation treatment to form composite particles for an electrode including the electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder,
An active material-containing layer forming treatment unit that forms the active material-containing layer using the composite particles at a site where the active material-containing layer of the current collector is to be formed;
An element assembly processing unit for assembling the electrochemical element by using a laminate of the current collector and the active material-containing layer as an electrode of at least one of the anode and the cathode;
An inert gas atmosphere forming means for performing the processing in the granulation processing section, the processing in the active material-containing layer formation processing section, and the processing in the element assembly processing section in an inert gas atmosphere;
Having
An electrochemical element manufacturing apparatus characterized by the above.

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