JP4984422B2 - Method for manufacturing electrode for secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池用電極の製造方法に関し、より詳細には導電材の分散性に優れる二次電池用電極の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery electrode, and more particularly, to a method for manufacturing a secondary battery electrode having excellent dispersibility of a conductive material.

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。モータ駆動用二次電池には、自動車の走行エネルギーを貯蔵するための高エネルギー密度と、自動車の大きな加速性を示すための高出力密度と、の基本特性が必要とされる。モータ駆動用二次電池としては、全ての実用電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が急速に開発が進められている。   In recent years, in order to cope with air pollution and global warming, reduction of the amount of carbon dioxide has been strongly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of secondary batteries for motor drive that holds the key to commercialization of these is thriving. Has been done. The secondary battery for motor drive requires basic characteristics of a high energy density for storing the running energy of the automobile and a high output density for showing a large acceleration of the automobile. As a secondary battery for driving a motor, a lithium ion secondary battery having the highest theoretical energy among all practical batteries is rapidly being developed.

リチウムイオン二次電池は、基本的には、正極および負極をセパレータを介して配置し、これに電解質を満たした構成を有している。また、リチウムイオン二次電池に用いられる電極は、リチウムコバルト複合酸化物等からなる電極活物質とカーボンブラック等からなる導電材とを含む電極活物質層が集電体上に形成されたものなどが用いられている。かような電池において充放電を行った場合、電極活物質からLiイオンが吸蔵・放出されるのと同時に、電子が導電材を通して移動することにより、電極反応が進行して充放電が行われる。   A lithium ion secondary battery basically has a configuration in which a positive electrode and a negative electrode are disposed via a separator and filled with an electrolyte. The electrode used for the lithium ion secondary battery is such that an electrode active material layer including an electrode active material made of lithium cobalt composite oxide or the like and a conductive material made of carbon black or the like is formed on a current collector. Is used. When charging / discharging is performed in such a battery, Li ions are occluded / released from the electrode active material, and at the same time, electrons move through the conductive material, whereby the electrode reaction proceeds and charging / discharging is performed.

リチウムイオン二次電池用電極の一般的な製造方法は、電極活物質、導電材などを溶媒中で混練してスラリー化した後、前記スラリーを集電体上に塗布する方法などが用いられている。また、特許文献1には、分散剤としてポリビニルピロリドンを用い、導電材としてのカーボンブラックを高圧ジェットミルにより溶剤に分散させ、得られた分散液を電極活物質と混合して前記スラリーを調製する方法が開示されている。前記特許文献1によれば、微細化された導電材を電極中に高分散させ、サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することができる。
特開2004−281096号公報
A general method for manufacturing an electrode for a lithium ion secondary battery is a method in which an electrode active material, a conductive material, and the like are kneaded in a solvent to form a slurry, and then the slurry is applied onto a current collector. Yes. In Patent Document 1, polyvinyl pyrrolidone is used as a dispersant, carbon black as a conductive material is dispersed in a solvent by a high-pressure jet mill, and the obtained dispersion is mixed with an electrode active material to prepare the slurry. A method is disclosed. According to Patent Document 1, it is possible to provide a lithium ion secondary battery having excellent cycle characteristics by highly dispersing a fine conductive material in an electrode.
JP 2004-289696 A

高い電流レートの充放電時においても高出力のリチウムイオン二次電池を得るためには、電極活物質層内に含まれる電極活物質の粒子径を小さくするのが望ましい。これにより電極活物質の表面積を増やしてLiイオンが電極活物質表面を拡散する距離を短くし、前記電極反応の反応抵抗を低減させることができる。   In order to obtain a high-power lithium ion secondary battery even during charging and discharging at a high current rate, it is desirable to reduce the particle size of the electrode active material contained in the electrode active material layer. Thereby, the surface area of the electrode active material can be increased, the distance over which the Li ions diffuse on the surface of the electrode active material can be shortened, and the reaction resistance of the electrode reaction can be reduced.

また、電極活物質層における電極活物質および導電材の混在状態は、図1に模式的に示すように、電極活物質101の表面を導電材102が均一に被覆し、導電材102が連なることで導電ネットワークが形成された状態となっているのが望ましい。これにより、電極活物質と導電材と電解質との三相界面が多量に存在することになり、前記電極反応の反応抵抗を低減させて速やかな充放電を行うことができる。   In addition, the electrode active material and the conductive material in the electrode active material layer are mixed in a state where the surface of the electrode active material 101 is uniformly coated with the conductive material 102 as shown in FIG. It is desirable that a conductive network is formed. Thereby, a large amount of the three-phase interface between the electrode active material, the conductive material, and the electrolyte exists, and the reaction resistance of the electrode reaction can be reduced, and quick charge / discharge can be performed.

しかしながら、電極活物質および導電材を共に微細化されたものを用いて、従来の電極の製造方法により作製された電極活物質層では、図4に模式的に示すように、導電材102が凝集して電極活物質101表面を十分に被覆することができず、十分な導電ネットワーク形成量を得るのが困難であった。このため、電極活物質層における十分な導電性を得るためには大量の導電材が必要となり、製造コストの高騰などを招いていた。   However, in the electrode active material layer manufactured by the conventional electrode manufacturing method using both the electrode active material and the conductive material that are miniaturized, the conductive material 102 aggregates as schematically shown in FIG. As a result, the surface of the electrode active material 101 cannot be sufficiently covered, and it is difficult to obtain a sufficient amount of conductive network formation. For this reason, in order to obtain sufficient electroconductivity in the electrode active material layer, a large amount of conductive material is required, resulting in an increase in manufacturing cost.

そこで、本発明が目的とするところは、導電材の分散性に優れる二次電池用電極の製造方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing an electrode for a secondary battery excellent in dispersibility of a conductive material.

本発明者らが上記課題に鑑み鋭意検討した結果、電極作製に用いるスラリーの調製時に分散剤としてイオン性界面活性剤を用いることにより、得られる電極活物質層において導電材の凝集を少なくして導電ネットワーク形成量を十分に確保できることを見出した。   As a result of intensive studies by the present inventors in view of the above problems, the use of an ionic surfactant as a dispersing agent during the preparation of the slurry used for electrode production reduces the aggregation of the conductive material in the obtained electrode active material layer. It has been found that a sufficient amount of conductive network can be secured.

すなわち、本発明は、電極活物質と、導電材と、イオン性界面活性剤からなる分散剤とを含むスラリーを調製する工程と、前記スラリーを集電体上に塗布して電極活物質層を形成する工程と、を有する二次電池用電極の製造方法を提供することを目的とする。   That is, the present invention includes a step of preparing a slurry containing an electrode active material, a conductive material, and a dispersant composed of an ionic surfactant, and applying the slurry on a current collector to form an electrode active material layer. It aims at providing the manufacturing method of the electrode for secondary batteries which has a process to form.

本発明の方法により製造された電極では、電極活物質層における導電ネットワーク形成量を十分に確保できることから、導電材の使用量だけでなく電極反応抵抗をも低減させることができる。従って、前記電極によれば、製造コストが低く、出力特性に優れる二次電池を提供することが可能となる。   In the electrode manufactured by the method of the present invention, the amount of conductive network formation in the electrode active material layer can be sufficiently secured, so that not only the amount of conductive material used but also the electrode reaction resistance can be reduced. Therefore, according to the electrode, it is possible to provide a secondary battery that is low in manufacturing cost and excellent in output characteristics.

本発明の第一は、上述した通り、電極活物質と、導電材と、イオン性界面活性剤からなる分散剤とを含むスラリーを調製する工程と、前記スラリーを集電体上に塗布して電極活物質層を形成する工程と、を有する二次電池用電極の製造方法である。   As described above, the first of the present invention is a step of preparing a slurry containing an electrode active material, a conductive material, and a dispersant composed of an ionic surfactant, and applying the slurry onto a current collector. And a step of forming an electrode active material layer.

本発明の方法では、スラリーの調製時に分散剤としてイオン性界面活性剤を用いることを特徴とする。前記分散剤を用いることにより前記スラリー中で電極活物質表面を導電材で均一に被覆させることがき、電極活物質層において十分な導電ネットワークを形成することが可能となる。かような効果が得られるメカニズムは、明らかではないが次のようなことが考えられる。   The method of the present invention is characterized in that an ionic surfactant is used as a dispersant during the preparation of the slurry. By using the dispersant, the surface of the electrode active material can be uniformly coated with the conductive material in the slurry, and a sufficient conductive network can be formed in the electrode active material layer. The mechanism for obtaining such an effect is not clear, but the following may be considered.

すなわち、本発明において分散剤として用いるイオン性界面活性剤は、水などの溶媒中でイオン解離した際にカチオン(+)およびアニオン(−)の双方の電荷を有する。例えば、アニオン性界面活性剤からなる分散剤としてジアルキルスルホサクシネートナトリウム(NaSOCHCOORCHCOOR;式中、Rはメチレン基、ブチレン基等のアルキレン基などであり、Rは水素原子、メチル基、エチル基などのアルキル基である。)を用いた場合には、水などの溶媒中で(Na SOCHCOORCHCOOR )で示されるようにイオン化する。一方、水などの溶媒を用いたスラリー中では、電極活物質として好ましく用いられるリチウムコバルト複合酸化物などの表面は負電荷を帯び、導電材として用いられるカーボンブラックなどの表面は正電荷を帯びている。かようなスラリー中に本発明による前記界面活性剤を混合すると、図2に模式的に示すように、正負の電荷が引き合うことにより、解離した界面活性剤(Na SOCHCOORCHCOOR )が、電極活物質101または導電材102の各表面を取り囲む。これにより、前記スラリー中で電極活物質および導電材を高分散させるとともに、各粒子表面を被覆した界面活性剤がさらに電極活物質101および導電材102を引寄せることができ、導電材102が電極活物質101表面を均一に被覆し、図1に示すように導電材102が連結して導電ネットワークを形成した電極活物質層が得られるのである。 That is, the ionic surfactant used as a dispersant in the present invention has both cation (+) and anion (-) charges when ionized in a solvent such as water. For example, a dialkyl sulfosuccinate sodium (NaSO 3 CHCOOR 1 CH 2 COOR 2 ; where R 1 is an alkylene group such as a methylene group or a butylene group), and R 2 is hydrogen. . atom, in the case of using it) alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, etc. in a solvent of water (Na + sO 3 CHCOOR 1 CH 2 COOR 1 - ionizes as indicated by). On the other hand, in a slurry using a solvent such as water, the surface of lithium cobalt composite oxide or the like preferably used as an electrode active material has a negative charge, and the surface of carbon black or the like used as a conductive material has a positive charge. Yes. When the surfactant according to the present invention is mixed in such a slurry, as schematically shown in FIG. 2, positive and negative charges are attracted to each other, so that the dissociated surfactant (Na + SO 3 CHCOOR 1 CH 2 COOR 1 -) is surrounding each surface of the electrode active material 101 or the conductive material 102. As a result, the electrode active material and the conductive material are highly dispersed in the slurry, and the surfactant covering the surface of each particle can further attract the electrode active material 101 and the conductive material 102. Thus, an electrode active material layer in which the surface of the active material 101 is uniformly coated and the conductive material 102 is connected to form a conductive network as shown in FIG. 1 can be obtained.

前記分散剤を用いずに導電材および電極活物質のみが混合されたスラリー中では、ファンデルワールス力、ブラウン運動のため導電材の凝集を招き易い。しかしながら、本発明では、イオン性界面活性剤からなる分散剤を用いることにより上記効果が得られるのである。ただし、上記メカニズムは推測であり、本発明の前記分散剤による効果が上記メカニズムに限定されるわけではない。   In a slurry in which only a conductive material and an electrode active material are mixed without using the dispersant, the conductive material is likely to aggregate due to van der Waals force and Brownian motion. However, in the present invention, the above effect can be obtained by using a dispersant composed of an ionic surfactant. However, the mechanism is speculative, and the effect of the dispersant of the present invention is not limited to the mechanism.

以下、本発明の方法を順を追って説明する。   Hereinafter, the method of the present invention will be described step by step.

本発明の方法では、まず、電極活物質と、導電材と、イオン性界面活性剤からなる分散剤とを含むスラリーを調製する。具体的には、前記スラリーは、電極活物質と、導電材と、イオン性界面活性剤からなる分散剤とを溶媒中で混合することにより調製する。   In the method of the present invention, first, a slurry containing an electrode active material, a conductive material, and a dispersant composed of an ionic surfactant is prepared. Specifically, the slurry is prepared by mixing an electrode active material, a conductive material, and a dispersant composed of an ionic surfactant in a solvent.

前記電極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵および放出する材料であればよく、従来の二次電池において一般的に用いられているものであれば特に制限されない。   The electrode active material may be any material that can occlude and release lithium ions, and is not particularly limited as long as it is generally used in conventional secondary batteries.

前記電極活物質は、好ましくは、遷移金属とリチウムとの複合酸化物であるリチウム−遷移金属複合酸化物が挙げられる。具体的には、LiCoOなどのLi・Co系複合酸化物、LiNiOなどのLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMnなどのLi・Mn系複合酸化物、LiFeOなどのLi・Fe系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したものなどが使用できる。これらリチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル特性に優れ、低コストな材料である。そのためこれらの材料を電極に用いることにより、出力特性に優れた電池を形成することが可能である。この他、前記電極活物質としては、LiFePOなどの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物;V、MnO、TiS、MoS、MoOなどの遷移金属酸化物や硫化物;PbO、AgO、NiOOHなどを用いることもできる。 The electrode active material is preferably a lithium-transition metal composite oxide which is a composite oxide of a transition metal and lithium. Specifically, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, Li · Mn-based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4, Li · such LiFeO 2 Fe-based composite oxides and those obtained by replacing some of these transition metals with other elements can be used. These lithium-transition metal composite oxides are excellent in reactivity and cycle characteristics, and are low-cost materials. Therefore, it is possible to form a battery having excellent output characteristics by using these materials for electrodes. In addition, examples of the electrode active material include transition metal oxides such as LiFePO 4 and lithium phosphate compounds and sulfate compounds; transition metal oxides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 , and sulfides. objects; PbO 2, AgO, or the like can be used NiOOH.

電極活物質は、電極反応抵抗を低減するためには、一次粒子径が0.1〜5μmのものを用いるのがよい。   In order to reduce electrode reaction resistance, it is preferable to use an electrode active material having a primary particle size of 0.1 to 5 μm.

前記スラリーにおける電極活物質の含有量は、スラリー質量に対して、好ましくは10〜80質量%、より好ましくは20〜40質量%とするのがよい。これにより、スラリー中で電極活物質を高分散させることができる。   The content of the electrode active material in the slurry is preferably 10 to 80% by mass, more preferably 20 to 40% by mass with respect to the slurry mass. Thereby, the electrode active material can be highly dispersed in the slurry.

前記スラリーに用いられる導電材は、特に制限されないが、グラファイト(粒状、鱗片状、繊維状、針状など)、カーボンブラック、アセチレンブラック、炭素繊維、カーボンナノチューブ等が好ましく挙げられる。   The conductive material used for the slurry is not particularly limited, but preferred examples include graphite (granular, scaly, fibrous, acicular, etc.), carbon black, acetylene black, carbon fiber, and carbon nanotube.

導電材は、電極活物質表面を均一に被覆して電極反応抵抗を低減するために、粒状のものを用いるのがよい。より好ましくは、導電材の一次粒子径が0.01〜1μm、特に0.01〜0.1μmのものを用いる。   A conductive material is preferably used in order to uniformly coat the surface of the electrode active material and reduce the electrode reaction resistance. More preferably, a conductive material having a primary particle diameter of 0.01 to 1 μm, particularly 0.01 to 0.1 μm is used.

前記スラリーにおける導電材の含有量は、電極活物質に対して、好ましくは1〜20質量%、より好ましくは1〜6質量%とするのがよい。これにより、スラリー中で導電材を高分散させることができる。   The content of the conductive material in the slurry is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 1 to 6% by mass with respect to the electrode active material. Thereby, the conductive material can be highly dispersed in the slurry.

前記スラリーに用いられる分散剤は、イオン性界面活性剤を用いる。前記イオン性界面活性剤として具体的には、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、および両性界面活性剤よりなる群から選択される少なくとも一種が好ましく挙げられる。なかでも、ジアルキルスルホサクシネートナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルケニルコハク酸塩、アルキルトリメチルアンモニウムクロライドおよびポリオキシエチレンアルキルエーテルが特に好ましく挙げられる。また、これらの分散剤は、一種単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。   As the dispersant used in the slurry, an ionic surfactant is used. Specific examples of the ionic surfactant include at least one selected from the group consisting of a cationic surfactant, an anionic surfactant, and an amphoteric surfactant. Of these, sodium dialkylsulfosuccinate, sodium alkylbenzenesulfonate, alkenyl succinate, alkyltrimethylammonium chloride and polyoxyethylene alkyl ether are particularly preferred. Moreover, these dispersing agents may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types.

前記スラリーにおける分散剤の含有量は、分散剤、電極活物質、導電材の種類および量などに応じて適宜決定すればよいが、スラリー質量に対して、好ましくは100ppm〜10質量%、より好ましくは500ppm〜5質量%とするのがよい。これにより、スラリー中で導電材を高分散させることができる。   The content of the dispersant in the slurry may be appropriately determined according to the type, amount, and the like of the dispersant, the electrode active material, and the conductive material, but is preferably 100 ppm to 10% by mass with respect to the slurry mass. Is preferably 500 ppm to 5 mass%. Thereby, the conductive material can be highly dispersed in the slurry.

前記スラリーの溶媒や混合手段は、各種公知の技術を使用すればよく、特に限定されない。例えば、スラリーの溶媒としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などが用いられ得る。また、混合手段としては、ホモジナイザー、超音波分散装置などが用いられる。   The slurry solvent and mixing means may be any known technique and are not particularly limited. For example, dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or the like can be used as a solvent for the slurry. As the mixing means, a homogenizer, an ultrasonic dispersion device, or the like is used.

本発明の方法において、前記スラリーの調製は、イオン性界面活性剤からなる分散剤を用いて電極活物質を含む分散液と導電材を含む分散液とを別々に用意した後、各分散液を混合することにより行われるのが好ましい。すなわち、前記スラリーの調製は、前記電極活物質と前記分散剤とを含む分散液(I)と、前記導電材と前記分散剤と含む分散液(II)と、を混合することにより行われるのが好ましい。これにより、電極活物質および導電材のより高い分散性が得られるとともに、電極活物質表面を導電材でより均一に被覆させることができる。   In the method of the present invention, the slurry is prepared by separately preparing a dispersion containing an electrode active material and a dispersion containing a conductive material using a dispersant made of an ionic surfactant, and then preparing each dispersion. It is preferable to carry out by mixing. That is, the slurry is prepared by mixing the dispersion liquid (I) containing the electrode active material and the dispersant and the dispersion liquid (II) containing the conductive material and the dispersant. Is preferred. Accordingly, higher dispersibility of the electrode active material and the conductive material can be obtained, and the surface of the electrode active material can be more uniformly covered with the conductive material.

分散液(I)は、前記電極活物質と前記分散剤とを溶媒中で混合することにより調製する。前記電極活物質、前記分散剤、前記溶媒、および混合手段については、上記と同様である。前記分散液(I)における電極活物質の含有量は、スラリー質量に対して、1〜50質量%程度とするのがよい。また、前記分散液(I)における分散剤の含有量は、スラリー質量に対して、100ppm〜10質量%程度とするのがよい。これにより、電極活物質の高い分散性が得られる。   Dispersion (I) is prepared by mixing the electrode active material and the dispersant in a solvent. The electrode active material, the dispersant, the solvent, and the mixing means are the same as described above. The content of the electrode active material in the dispersion (I) is preferably about 1 to 50% by mass with respect to the slurry mass. The content of the dispersant in the dispersion (I) is preferably about 100 ppm to 10% by mass with respect to the slurry mass. Thereby, the high dispersibility of an electrode active material is acquired.

分散液(II)は、前記導電材と前記分散剤とを溶媒中で混合することにより調製する。前記導電材、前記分散剤、前記溶媒、および混合手段については、上記と同様である。前記分散液(II)における導電材の含有量は、スラリー質量に対して、10〜80質量%程度とするのがよい。また、前記分散液(II)における分散剤の含有量は、スラリー質量に対して、100ppm〜10質量%程度とするのがよい。これにより、導電材の高い分散性が得られる。   Dispersion (II) is prepared by mixing the conductive material and the dispersant in a solvent. The conductive material, the dispersant, the solvent, and the mixing means are the same as described above. The content of the conductive material in the dispersion (II) is preferably about 10 to 80% by mass with respect to the slurry mass. The content of the dispersant in the dispersion (II) is preferably about 100 ppm to 10% by mass with respect to the slurry mass. Thereby, the high dispersibility of a electrically conductive material is acquired.

上記の通りにして調製したスラリーの粘度は、25℃において、10000cPs以下、特に10〜3000cPsとするのが好ましい。これにより、スラリーにおいて電極活物質および導電材を均一に分散させることができるとともに、得られる電極活物質層の厚さを均一にできる。   The viscosity of the slurry prepared as described above is preferably 10000 cPs or less, particularly 10 to 3000 cPs at 25 ° C. Accordingly, the electrode active material and the conductive material can be uniformly dispersed in the slurry, and the thickness of the obtained electrode active material layer can be made uniform.

さらに、前記スラリーには、バインダ、イオン伝導性ポリマー、支持電解質であるリチウム塩、および重合開始剤など、必要に応じてその他の成分が添加されてもよい。   Furthermore, other components such as a binder, an ion conductive polymer, a lithium salt as a supporting electrolyte, and a polymerization initiator may be added to the slurry as necessary.

バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、SBR、ポリイミドなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。   As the binder, polyvinylidene fluoride (PVDF), SBR, polyimide, or the like can be used. However, it is not necessarily limited to these.

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。なお、電極活物質層に含まれるイオン伝導性ポリマーは、本発明の電極が採用される電池のセパレータなどに含浸させる電解質に用いられるイオン伝導性ポリマーと同じであってもよく、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers. The ion conductive polymer contained in the electrode active material layer may be the same as or different from the ion conductive polymer used in the electrolyte impregnated in the separator of the battery in which the electrode of the present invention is employed. Good, but preferably the same.

リチウム塩としては、LiBETI(リチウムビス(パーフルオロエチレンスルホニルイミド);Li(CSONとも記載)、LiBF、LiPF、LiN(SOCF、LiN(SO、LiBOB(リチウムビスオキサイドボレート)またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。 Examples of the lithium salt include LiBETI (lithium bis (perfluoroethylenesulfonylimide); also referred to as Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N), LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiBOB (lithium bisoxide borate) or a mixture thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these.

重合開始剤は、イオン伝導性ポリマーの架橋性基に作用して、架橋反応を進行させるために配合される。開始剤として作用させるための外的要因に応じて、光重合開始剤、熱重合開始剤などに分類される。重合開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)(熱重合用)やベンジルジメチルケタール(BDK)(光重合用)等が挙げられる。   The polymerization initiator is added to act on the crosslinkable group of the ion conductive polymer to advance the crosslinking reaction. Depending on the external factor for acting as an initiator, it is classified into a photopolymerization initiator, a thermal polymerization initiator and the like. Examples of the polymerization initiator include azobisisobutyronitrile (AIBN) (for thermal polymerization) and benzyldimethyl ketal (BDK) (for photopolymerization).

これらのその他の材料の添加量は特に制限されず、適宜調整されうるが、スラリー質量に対して、通常3〜10質量%程度とすればよい。   The addition amount of these other materials is not particularly limited and can be adjusted as appropriate. However, it may be about 3 to 10% by mass with respect to the slurry mass.

次に、上述の通りにして調製したスラリーを集電体上に塗布して電極活物質層を形成する工程について、説明する。   Next, the process of forming the electrode active material layer by applying the slurry prepared as described above onto the current collector will be described.

前記集電体としては、従来の二次電池において用いられているものであれば特に制限されず、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス(SUS)箔など、導電性の材料から構成されるものであればよい。集電体の厚さは、10〜50μm程度であればよい。   The current collector is not particularly limited as long as it is used in a conventional secondary battery, and may be composed of a conductive material such as an aluminum foil, a copper foil, or a stainless steel (SUS) foil. That's fine. The thickness of the current collector may be about 10 to 50 μm.

前記スラリーを前記集電体上に塗布するには、スリットダイコーター、リバースロールコーター、リップコーター、ブレードコーター、ナイフコーター、グラビアコーター、ディップコーターなど、公知の方法を用いればよい。   In order to apply the slurry onto the current collector, a known method such as a slit die coater, a reverse roll coater, a lip coater, a blade coater, a knife coater, a gravure coater, or a dip coater may be used.

上記の通り集電体上に塗布したスラリーを乾燥させるなどすることにより、集電体上に電極活物質層が得られる。乾燥手段は特に限定されない。公知の手段を用いて、スラリーを乾燥させればよい。乾燥時間や乾燥温度は、スラリーの供給量やスラリーの溶媒の揮発速度に応じて決定されるが、80〜150℃で、5分〜100分程度行えばよい。   As described above, the electrode active material layer can be obtained on the current collector by drying the slurry applied on the current collector. The drying means is not particularly limited. What is necessary is just to dry a slurry using a well-known means. The drying time and drying temperature are determined according to the amount of slurry supplied and the volatilization rate of the solvent of the slurry, but may be performed at 80 to 150 ° C. for about 5 to 100 minutes.

また、スラリー中に、イオン伝導性ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれる場合には、上記塗布工程後に、種々の方法によりスラリー中のイオン伝導性ポリマーを重合(架橋)させる。この際の重合(架橋)方法は特に制限されず、用いた重合開始剤の種類に応じて適宜選択されうる。例えば、熱重合、光(紫外線)重合、放射線重合、電子線重合等が挙げられる。重合(架橋)させるための装置および条件は特に制限されず、従来公知の装置および条件が用いられうる。   When the polymerization initiator for polymerizing the ion conductive polymer is contained in the slurry, the ion conductive polymer in the slurry is polymerized (crosslinked) by various methods after the coating step. The polymerization (crosslinking) method in this case is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the type of polymerization initiator used. Examples thereof include thermal polymerization, photo (ultraviolet) polymerization, radiation polymerization, and electron beam polymerization. The apparatus and conditions for polymerizing (crosslinking) are not particularly limited, and conventionally known apparatuses and conditions can be used.

さらに、上記の方法により製造された電極活物質層にプレス操作を行ってもよい。プレス操作を行うことで、得られる電極活物質層表面をより平坦化させることが可能となる。前記プレス操作に用いられる装置および条件は特に制限されず、従来公知の装置および方法が適宜用いればよい。   Furthermore, you may perform press operation to the electrode active material layer manufactured by said method. By performing the pressing operation, the surface of the obtained electrode active material layer can be further flattened. The apparatus and conditions used for the press operation are not particularly limited, and conventionally known apparatuses and methods may be used as appropriate.

本発明の方法において、上記の通り集電体上に作製した電極活物質層を熱処理するのが好ましい。これにより、電極活物質層に残存する分散剤として用いた界面活性剤などの不純物を焼失させて、得られる電極の出力特性をより向上させることができる。場合によっては、乾燥工程を省略して熱処理を行ってもよい。   In the method of the present invention, it is preferable to heat-treat the electrode active material layer produced on the current collector as described above. Thereby, impurities such as a surfactant used as a dispersant remaining in the electrode active material layer are burned out, and the output characteristics of the obtained electrode can be further improved. In some cases, the heat treatment may be performed by omitting the drying step.

前記熱処理する際の温度は、分散剤の分解温度以上、電極活物質またはバインダの分解温度未満で行うのが好ましく、より好ましくは200〜300℃、特に好ましくは250〜280℃である。また、前記熱処理は、窒素雰囲気下、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下、または、水素などの不活性ガス雰囲気下で行うのがよい。熱処理方法は、公知の方法が用いられ、放電プラズマ法やホットプレス法などを用いてもよい。   The temperature for the heat treatment is preferably not less than the decomposition temperature of the dispersant and less than the decomposition temperature of the electrode active material or binder, more preferably 200 to 300 ° C, particularly preferably 250 to 280 ° C. The heat treatment is preferably performed in a nitrogen atmosphere, an inert gas atmosphere such as argon, or an inert gas atmosphere such as hydrogen. As the heat treatment method, a known method is used, and a discharge plasma method, a hot press method, or the like may be used.

上述した本発明の二次電池用電極の方法は、説明の都合上、リチウムイオン二次電池に基づいて説明した。しかしながら、本発明の方法は、リチウムイオン二次電池の他、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、ナトリウムイオン二次電池、カリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、カルシウムイオン二次電池、などの二次電池に用いられる電極の製造方法としても好適に用いられる。   The method of the secondary battery electrode of the present invention described above has been described based on a lithium ion secondary battery for convenience of explanation. However, the method of the present invention is not limited to lithium ion secondary batteries, nickel hydrogen secondary batteries, nickel cadmium secondary batteries, sodium ion secondary batteries, potassium ion secondary batteries, magnesium ion secondary batteries, calcium ion secondary batteries. It is also suitably used as a method for producing an electrode used for a secondary battery such as a battery.

なかでも、上述した本発明の方法は、実用性の観点からは、リチウムイオン二次電池用電極の製造方法として用いるのがより好ましく、導電性に劣る電極活物質を含む電極の製造方法として非常に有用であることからリチウムイオン二次電池用正極の製造方法として用いるのが特に好ましい。   In particular, the above-described method of the present invention is more preferably used as a method for producing an electrode for a lithium ion secondary battery from the viewpoint of practicality, and is extremely useful as a method for producing an electrode containing an electrode active material having poor conductivity. It is particularly preferable to use as a method for producing a positive electrode for a lithium ion secondary battery.

本発明の第二は、上述の方法により製造された二次電池用電極である。本発明の第一の方法により製造された電極では、電極活物質層において導電材および電極活物質が高分散され、電極活物質表面を導電材が均一に被覆することができる。これにより、電極活物質層内に十分な導電ネットワークが形成され、レート特性、出力特性に優れる二次電池用電極が得られる。   The second of the present invention is an electrode for a secondary battery produced by the method described above. In the electrode manufactured by the first method of the present invention, the conductive material and the electrode active material are highly dispersed in the electrode active material layer, and the conductive material can uniformly cover the surface of the electrode active material. Thereby, a sufficient conductive network is formed in the electrode active material layer, and a secondary battery electrode having excellent rate characteristics and output characteristics is obtained.

本発明の二次電池用電極は、電極活物質および導電材を少なくとも含む電極活物質層と、集電体と、を有する。前記電極活物質層では上述の通り導電材が均一に分散されているため、導電材の凝集体の存在割合を低減させることができる。具体的には、前記導電材の一次粒子の個数をA、前記導電材の凝集体の個数をBとするとき、前記導電材の一次粒子と凝集体との存在割合を、0.1≧B/(A+B)、好ましくは0.01≧B/(A+B)とすることができる。   The electrode for secondary batteries of the present invention has an electrode active material layer containing at least an electrode active material and a conductive material, and a current collector. Since the conductive material is uniformly dispersed in the electrode active material layer as described above, the abundance of conductive material aggregates can be reduced. Specifically, when the number of primary particles of the conductive material is A and the number of aggregates of the conductive material is B, the ratio of the primary particles and aggregates of the conductive material is 0.1 ≧ B. / (A + B), preferably 0.01 ≧ B / (A + B).

電極活物質層に含まれる導電材は、本発明の第一において記載した通りであるが、好ましくは0.01〜1μm、より好ましくは0.01〜0.1μmの一次粒子径を有するものを用いる。このように微細な粒子径を有する導電材を用いた場合、従来の電極活物質層では導電材が凝集して大きな粒子径を有する凝集体を形成し易い。しかしながら、本発明の電極活物質層では導電材を高分散させて凝集体径をより小さくすることができる。   The conductive material contained in the electrode active material layer is as described in the first aspect of the present invention, but preferably has a primary particle size of 0.01 to 1 μm, more preferably 0.01 to 0.1 μm. Use. When a conductive material having such a fine particle diameter is used, the conventional electrode active material layer easily aggregates the conductive material to form an aggregate having a large particle diameter. However, in the electrode active material layer of the present invention, the conductive material can be highly dispersed to reduce the aggregate diameter.

なお、本発明において、導電材の1次粒子とは1つの粒子を意味し、導電材の2次粒子とは1次粒子が複数個、凝集した粒子群を意味する。一次粒子径の測定は、走査型電子顕微鏡を使用し、加速電圧3kVの条件で電極活物質層表面を撮影した電子顕微鏡写真(倍率:3000倍)中の個々の一次粒子径を測定することにより行われる。また、凝集体径の測定は、上記と同様に撮影した各写真中、個々の凝集体の最大粒径を測定することにより行われる。さらに、一次粒子と凝集体の存在割合(B/(A+B))は、同様に撮影した電子顕微鏡写真(倍率:3000倍)で、写真中に写っている粒子100個のうち、一次粒子単独で存在している粒子の個数Aと一次粒子が複数個以上集まってできたものを凝集体とし、その凝集体の個数Bを数え、B/(A+B)より求めた値である。   In the present invention, the primary particle of the conductive material means one particle, and the secondary particle of the conductive material means a group of particles in which a plurality of primary particles are aggregated. The primary particle size is measured by measuring each primary particle size in an electron micrograph (magnification: 3000 times) of the surface of the electrode active material layer taken using a scanning electron microscope under conditions of an acceleration voltage of 3 kV. Done. The aggregate diameter is measured by measuring the maximum particle diameter of each aggregate in each photograph taken in the same manner as described above. Further, the abundance ratio of primary particles and aggregates (B / (A + B)) is an electron micrograph (magnification: 3000 times) taken in the same manner. Of the 100 particles shown in the photograph, the primary particles alone This is a value obtained from B / (A + B) by counting the number B of aggregates as agglomerates obtained by collecting a plurality of existing particles A and a plurality of primary particles.

本発明の電極における、導電材、電極活物質、集電体等のより詳細な説明は本発明の第一において記載した通りである。   A more detailed description of the conductive material, electrode active material, current collector, etc. in the electrode of the present invention is as described in the first aspect of the present invention.

本発明の第三は、上述した本発明の第一の方法によって製造された二次電池用電極または本発明の第二の二次電池用電極を用いた二次電池である。前記二次電池の構成は、第一の方法によって製造された二次電池用電極または本発明の第二の二次電池用電極を用いること以外は従来公知の技術を適宜参照できる。例えば、正極と、負極と、セパレータおよび電解質とを有する二次電池において、前記正極および前記負極の少なくとも一方に、上述した二次電池用電極を用いた二次電池などが挙げられる。   3rd of this invention is the secondary battery using the electrode for secondary batteries manufactured by the 1st method of this invention mentioned above, or the 2nd electrode for secondary batteries of this invention. For the configuration of the secondary battery, conventionally known techniques can be appropriately referred to except that the secondary battery electrode produced by the first method or the second secondary battery electrode of the present invention is used. For example, in a secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte, a secondary battery using the above-described secondary battery electrode may be used as at least one of the positive electrode and the negative electrode.

本発明の二次電池において、本発明の第二の電極は、正極および負極の少なくとも一方に用いられればよいが、電極活物質と導電材との優れた分散性が得られることから正極として用いるのが好ましい。この時に用いられる負極としては特に制限されず、従来一般的に用いられている負極であればよい。具体的には、銅、ニッケル、チタン、SUSなどからなる集電体上に、カーボンなどの負極活物質を少なくとも含む負極活物質層が塗布されてなる従来の構成を有する負極である。   In the secondary battery of the present invention, the second electrode of the present invention may be used as at least one of the positive electrode and the negative electrode, but is used as the positive electrode because excellent dispersibility between the electrode active material and the conductive material is obtained. Is preferred. It does not restrict | limit especially as a negative electrode used at this time, What is necessary is just a negative electrode generally used conventionally. Specifically, the negative electrode has a conventional configuration in which a negative electrode active material layer containing at least a negative electrode active material such as carbon is applied on a current collector made of copper, nickel, titanium, SUS, or the like.

本発明の二次電池は、正極および負極をセパレータを介して重ね合わせ、これに電解質を含浸させるなどにより得られる。   The secondary battery of the present invention is obtained by superposing a positive electrode and a negative electrode through a separator and impregnating this with an electrolyte.

本発明の二次電池に用いられるセパレータとしては、従来一般的に用いられているものであれば、特に制限なく用いることができる。例えば、微孔性ポリエチレンフィルム、微孔性ポリプロピレンフィルム、微孔性エチレン−プロピレンコポリマーフィルムなどのポリオレフィン系樹脂の多孔膜または不織布、これらの積層体などが挙げられる。これらは、電解質(電解液)との反応性を低く抑えることができるという優れた効果を有する。他に、ポリオレフリン系樹脂不織布またはポリオレフィン系樹脂多孔膜を補強材層に用い、前記補強材層中にフッ化ビニリデン樹脂化合物を充填した複合樹脂膜なども挙げられる。また、セパレータの代わりに固体電解質または高分子ゲル電解質などからなる電解質層を採用してもよい。   As the separator used in the secondary battery of the present invention, any separator that is conventionally used can be used without particular limitation. Examples thereof include porous membranes or nonwoven fabrics of polyolefin resins such as microporous polyethylene film, microporous polypropylene film, microporous ethylene-propylene copolymer film, and laminates thereof. These have the outstanding effect that the reactivity with electrolyte (electrolyte solution) can be restrained low. In addition, a composite resin film in which a polyolefin resin non-woven fabric or a polyolefin resin porous film is used as a reinforcing material layer, and the reinforcing material layer is filled with a vinylidene fluoride resin compound may be used. Further, instead of the separator, an electrolyte layer made of a solid electrolyte or a polymer gel electrolyte may be employed.

セパレータの厚さは、使用用途に応じて適宜決定すればよいが、自動車等のモータ駆動用二次電池などの用途においては、15〜50μm程度とすればよい。また、セパレータの多孔度、大きさなどは、得られる二次電池の特性を考慮して、適宜決定すればよい。   The thickness of the separator may be appropriately determined according to the usage, but may be about 15 to 50 μm in the usage of a secondary battery for driving a motor such as an automobile. Further, the porosity, size, etc. of the separator may be appropriately determined in consideration of the characteristics of the obtained secondary battery.

セパレータに含浸させる電解質としては、非水電解質が好ましく挙げられる。水溶液を含む電解質では、高い電圧において電気分解を起こす恐れがある。そのため、高い電圧でも耐えられる電解液として、有機溶媒を使用した非水電解液が好ましく用いられる。これにより、電極活物質層におけるイオン伝導がスムーズになり、電池全体としての出力向上が図れるためである。   As the electrolyte impregnated in the separator, a nonaqueous electrolyte is preferably mentioned. An electrolyte containing an aqueous solution may cause electrolysis at a high voltage. Therefore, a nonaqueous electrolytic solution using an organic solvent is preferably used as an electrolytic solution that can withstand a high voltage. Thereby, the ion conduction in the electrode active material layer becomes smooth, and the output of the entire battery can be improved.

非水電解質としては、液状電解質(電解液)、固体電解質、高分子ゲル電解質のいずれであってもよい。非水電解質は、好ましい一例を以下に示すが、通常の二次電池で用いられるものであればよく特に限定されない。   The nonaqueous electrolyte may be any of a liquid electrolyte (electrolytic solution), a solid electrolyte, and a polymer gel electrolyte. The nonaqueous electrolyte is not particularly limited as long as it is used in a normal secondary battery.

電解液としては、LiBOB(リチウムビスオキサイドボレート)、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種類の電解質塩を含み、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから1種類または2種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒(可塑剤)を用いたものなどが使用できる。 As an electrolytic solution, LiBOB (lithium bis oxide borate), LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 inorganic acid anion salts 10 such as Cl, LiCF 3 SO 3, It contains at least one electrolyte salt selected from organic acid anion salts such as Li (CF 3 SO 2 ) 2 N and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, and includes propylene carbonate (PC), ethylene Cyclic carbonates such as carbonate (EC); chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2- Ethers such as dibutoxyethane; γ- Lactones such as butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; esters such as methyl propionate; amides such as dimethylformamide; and at least one selected from methyl acetate and methyl formate, or a mixture of two or more The thing using organic solvents (plasticizer), such as a protic solvent, can be used.

固体電解質としては、イオン伝導性を有する高分子から構成されるものであれば特に限定されない。例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体などが挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子は、上述した電解質塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。   The solid electrolyte is not particularly limited as long as it is composed of a polymer having ion conductivity. Examples thereof include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. Such a polyalkylene oxide polymer can dissolve the above-described electrolyte salt well. Moreover, excellent mechanical strength is exhibited by forming a crosslinked structure.

高分子ゲル電解質としては、特に限定されないが、イオン導伝性を有する電解質用高分子に電解液を含んだもの、イオン導伝性を持たない電解質用高分子の骨格中に同様の電解液を保持させたものなどが挙げられる。   The polymer gel electrolyte is not particularly limited, but a polymer electrolyte for electrolyte having ion conductivity containing an electrolyte solution, or a similar electrolyte solution in an electrolyte polymer skeleton having no ion conductivity. Examples include those held.

高分子ゲル電解質に含まれる電解液としては、上述したものと同様である。また、イオン導伝性を有する電解質用高分子としては、上述した固体電解質などが用いられる。イオン導伝性を持たない電解質用高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのゲル化ポリマーを形成するモノマーが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、PAN、PMMAなどは、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する電解質用高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるイオン導伝性を持たない電解質用高分子として例示したものである。   The electrolyte solution contained in the polymer gel electrolyte is the same as described above. In addition, as the electrolyte polymer having ion conductivity, the above-described solid electrolyte or the like is used. Examples of the polymer for electrolyte that does not have ion conductivity include monomers that form gelled polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), and polymethyl methacrylate (PMMA). Can be used. However, it is not necessarily limited to these. Note that PAN, PMMA, etc. are in a class that has almost no ionic conductivity, and therefore can be used as the polymer for electrolytes having the ionic conductivity. It is illustrated as a polymer for electrolyte that does not have ion conductivity used.

高分子ゲル電解質中の電解質用高分子(ホストポリマー)と電解液との比率(質量比)は、使用目的などに応じて決定すればよいが、2:98〜90:10の範囲である。これにより、電極活物質層の外周部からの電解質の染み出しについても、絶縁層や絶縁処理部を設けることで効果的にシールすることができる。そのため、上記高分子ゲル電解質中のホストポリマーと電解液との比率(質量比)に関しても、比較的電池特性を優先したものとすることができる。   The ratio (mass ratio) between the electrolyte polymer (host polymer) and the electrolyte solution in the polymer gel electrolyte may be determined according to the purpose of use, but is in the range of 2:98 to 90:10. Thereby, it can seal effectively also about the oozing-out of the electrolyte from the outer peripheral part of an electrode active material layer by providing an insulating layer and an insulation process part. Therefore, it is possible to give priority to battery characteristics relatively with respect to the ratio (mass ratio) between the host polymer and the electrolytic solution in the polymer gel electrolyte.

正極、負極、およびセパレータは電池ケースなどに収納される。電池ケースとしては、電池を使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止し得るものを用いるとよい。例えば、高分子フィルムと金属箔を複合積層したラミネート素材からなる電池ケースをその周辺部を熱融着にて接合するか、あるいは、袋状にしたその開口部を熱融着することにより密閉されてなり、この熱融着部から正極リード端子、負極リード端子を取り出す構造としたものである。このとき正負極の各リード端子を取り出す個所は特に1箇所に限定されない。また電池ケースを構成する材質は上記のものに限定されず、プラスチック、金属、ゴム等、あるいはこれらの組み合わせによる材質が可能であり、形状もフィルム、板、箱状等のものを使用できる。また、ケース内側と外側とを導通するターミナルを設け、ターミナルの内側に集電体を、ターミナルの外側にリード端子を接続して電流を取り出す方法も適用できる。   The positive electrode, the negative electrode, and the separator are housed in a battery case or the like. As the battery case, it is preferable to use a battery case that can prevent external impact and environmental degradation when the battery is used. For example, a battery case made of a laminate material in which a polymer film and a metal foil are laminated together is sealed by bonding the peripheral part thereof by heat sealing, or by heat-sealing the bag-shaped opening. Thus, the positive electrode lead terminal and the negative electrode lead terminal are taken out from the heat fusion part. At this time, the location where the lead terminals of the positive and negative electrodes are taken out is not particularly limited to one location. Moreover, the material which comprises a battery case is not limited to the above-mentioned thing, The material by plastics, a metal, rubber | gum, etc., or these combination is possible, and things, such as a film, a board, and a box shape, can be used for a shape. In addition, a method of providing a terminal that conducts between the inside and outside of the case, connecting a current collector inside the terminal, and connecting a lead terminal outside the terminal to take out current can be applied.

本発明の二次電池の構造としては、特に限定されず、形態・構造で区別した場合には、積層型電池、巻回型電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。また、二次電池内の電気的な接続形態で見た場合、バイポーラ型ではない内部並列接続タイプの電池およびバイポーラ型の内部直列接続タイプの電池のいずれにも適用し得るものである。本発明の二次電池は、好ましくはバイポーラ型の電池である。通常の電池に比べて単電池の電圧が高く、容量、出力特性に優れた電池を構成できる。   The structure of the secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be applied to any conventionally known form / structure such as a stacked battery or a wound battery when distinguished by form / structure. It is. Further, when viewed in terms of electrical connection in the secondary battery, it can be applied to both an internal parallel connection type battery and a bipolar internal series connection type battery that are not bipolar. The secondary battery of the present invention is preferably a bipolar battery. Compared with a normal battery, the voltage of a single cell is high, and a battery excellent in capacity and output characteristics can be configured.

本発明の二次電池は、上述のように各種特性を有している。従って、エネルギー密度および出力密度に関して、とりわけ厳しい要求がなされる車両、例えば、電気自動車、燃料電池自動車やハイブリッド電気自動車等の駆動用電源として好適であり、燃費、走行性能に優れた車両を提供できる。また、電気自動車ないしハイブリッド電気自動車の車体中央部の座席下に本発明の二次電池を複数個接続した組電池を駆動用電源として搭載するのが、社内空間およびトランクルームを広く取れるため便利である。ただし、本発明では、これらに何ら制限されるべきものではなく、本発明の二次電池は、車両の床下、トランクルーム、エンジンルーム、屋根、ボンネットフード内などに設置することができる。   The secondary battery of the present invention has various characteristics as described above. Therefore, it is suitable as a power source for driving vehicles that are particularly demanding regarding energy density and power density, such as electric vehicles, fuel cell vehicles, and hybrid electric vehicles, and can provide vehicles with excellent fuel efficiency and running performance. . In addition, it is convenient to install an assembled battery in which a plurality of the secondary batteries of the present invention are connected under the seat in the center of the body of an electric vehicle or hybrid electric vehicle as a driving power supply because a large in-house space and trunk room can be obtained. . However, the present invention is not limited to these, and the secondary battery of the present invention can be installed under the floor of a vehicle, in a trunk room, an engine room, a roof, a hood, and the like.

上述した本発明の電極およびこれを用いた二次電池は、実用性の観点からリチウムイオン二次電池として用いるのが好ましいが、他に、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、ナトリウムイオン二次電池、カリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、カルシウムイオン二次電池、などの二次電池にも適用することができる。   The electrode of the present invention described above and the secondary battery using the electrode are preferably used as a lithium ion secondary battery from the viewpoint of practicality. In addition, a nickel hydride secondary battery, a nickel cadmium secondary battery, a sodium ion The present invention can also be applied to secondary batteries such as secondary batteries, potassium ion secondary batteries, magnesium ion secondary batteries, and calcium ion secondary batteries.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。本発明は、下記実施例のみに限定されることはない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. The present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
1.正極の作製
正極活物質として粒径1μmのスピネルマンガン80g、導電材として一次粒子径50nmのデンカブラック10g、バインダとしてPVdF5g、分散剤としてジアルキルスルホサクシネートナトリウム1g、および、溶媒としてNMP(適量)をホモジナイザーにより攪拌混合することにより、粘度が4000cPsの正極スラリーを調製した。前記正極スラリーをバーコーターによってアルミニウム箔(厚さ20μm)上に塗布し、130℃で1時間乾燥させた。これにより、正極活物質層(厚さ30μm)が作製された前記アルミニウム箔を16mmΦで打ち抜いて正極を得た。前記正極活物質層において、前記導電材の凝集体径は1μmであり、凝集体径の比率(B/(A+B))が0.1であった。
Example 1
1. Production of positive electrode 80 g of spinel manganese having a particle diameter of 1 μm as a positive electrode active material, 10 g of Denka black having a primary particle diameter of 50 nm as a conductive material, 5 g of PVdF as a binder, 1 g of sodium dialkylsulfosuccinate as a dispersant, and NMP (appropriate amount) as a solvent. A positive electrode slurry having a viscosity of 4000 cPs was prepared by stirring and mixing with a homogenizer. The positive electrode slurry was applied onto an aluminum foil (thickness 20 μm) by a bar coater and dried at 130 ° C. for 1 hour. Thereby, the aluminum foil on which the positive electrode active material layer (thickness 30 μm) was produced was punched out at 16 mmΦ to obtain a positive electrode. In the positive electrode active material layer, the conductive material had an aggregate diameter of 1 μm and an aggregate diameter ratio (B / (A + B)) of 0.1.

2.負極の作製
負極活物質として一次粒子径9μmのハードカーボン90g、バインダとしてPVdF10g、および、溶媒としてNMP(適量)をホモジナイザーにより攪拌混合することにより、粘度が4000cPsの負極スラリーを調製した。前記負極スラリーをバーコーターによって銅箔(厚さ20μm)上に塗布し、130℃で1時間乾燥させた。これにより、負極活物質層(厚さ30μm)が作製された前記銅箔を16mmΦで打ち抜いて負極を得た。
2. Production of negative electrode A negative electrode slurry having a viscosity of 4000 cPs was prepared by stirring and mixing 90 g of hard carbon having a primary particle size of 9 μm as a negative electrode active material, 10 g of PVdF as a binder, and NMP (appropriate amount) as a solvent by a homogenizer. The negative electrode slurry was applied onto a copper foil (thickness 20 μm) by a bar coater and dried at 130 ° C. for 1 hour. As a result, the copper foil on which the negative electrode active material layer (thickness 30 μm) was produced was punched out at 16 mmΦ to obtain a negative electrode.

3.コイン電池の作製
上記で作製した負極311をステンレスの電池蓋312にはめ込み圧着した。次に、上記で作製した正極310をステンレスの外装缶313内に配し、これにポリプロピレン微多孔膜(厚さ30μm)のセパレータ314を載置した。これに、1M LiPF/EC+PC(1:1(体積比))の電解質を注液し、前記電池蓋312を載せて、スチレンブタジエンゴムとピッチの混合物からなるシーラント315を隙間無く充填した後に外装缶をかしめて封口して、図3に示すようなコイン電池を作製した。この電池の寸法は、直径20mm、高さ2mmである。
3. Production of Coin Battery The negative electrode 311 produced above was fitted into a stainless steel battery lid 312 and pressed. Next, the positive electrode 310 produced above was placed in a stainless steel outer can 313, and a separator 314 of a polypropylene microporous film (thickness 30 μm) was placed thereon. An electrolyte of 1M LiPF 6 / EC + PC (1: 1 (volume ratio)) was poured into this, the battery lid 312 was placed, and a sealant 315 made of a mixture of styrene butadiene rubber and pitch was filled without any gaps. The can was crimped and sealed to produce a coin battery as shown in FIG. The battery has a diameter of 20 mm and a height of 2 mm.

4.評価
上記で作製したコイン電池に対して以下の手順に従って充放電試験を行い、初期放電容量およびレート特性を評価した。
4). Evaluation A charge / discharge test was performed on the coin battery prepared above according to the following procedure, and the initial discharge capacity and rate characteristics were evaluated.

充放電は25℃で行い、充電は0.2Cの定電流−定電圧モードにて4.2Vまで合計8時間行い、放電レートを0.2Cとしてカットオフ電圧2.5Vまで定電流放電を行うことにより、放電容量を測定し、初期充放電効率を求めた。次に、25℃で、充電を10Cの定電流−定電圧モードにて4.2Vまで合計2時間行い、放電レートを10Cとしてカットオフ電圧2.5Vまで定電流放電を行うことにより、放電容量を測定し、レート特性(10Cレート放電容量/0.2Cレート放電容量×100)を求めた。結果(初期充放電効率、0.2Cレート放電容量、およびレート特性)を表1に示す。   Charging / discharging is performed at 25 ° C., charging is performed in a constant current-constant voltage mode of 0.2 C for up to 4.2 V for a total of 8 hours, and a constant current discharge is performed up to a cutoff voltage of 2.5 V at a discharge rate of 0.2 C. Thus, the discharge capacity was measured, and the initial charge / discharge efficiency was determined. Next, at 25 ° C., charging was performed in a constant current-constant voltage mode of 10 C to 4.2 V for a total of 2 hours, and a constant current discharge was performed up to a cutoff voltage of 2.5 V at a discharge rate of 10 C, thereby discharging capacity The rate characteristics (10C rate discharge capacity / 0.2C rate discharge capacity × 100) were determined. The results (initial charge / discharge efficiency, 0.2C rate discharge capacity, and rate characteristics) are shown in Table 1.

(実施例2)
1.正極の作製
正極活物質として一次粒子径1μmのスピネルマンガン85g、導電材として一次粒子径50nmのデンカブラック5g、バインダとしてPVdF5g、分散剤としてジアルキルスルホサクシネートナトリウム1g、および、溶媒としてNMP(適量)をホモジナイザーにより攪拌混合することにより、粘度が4000cPsの正極スラリーを調製した。前記正極インクを用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。前記正極における前記正極活物質層では、前記導電材の凝集体径が1μmであり、凝集体径の比率(B/(A+B))が0.03であった。
(Example 2)
1. Production of positive electrode 85 g of spinel manganese having a primary particle diameter of 1 μm as a positive electrode active material, 5 g of Denka black having a primary particle diameter of 50 nm as a conductive material, 5 g of PVdF as a binder, 1 g of sodium dialkylsulfosuccinate as a dispersant, and NMP (appropriate amount) as a solvent Was stirred and mixed with a homogenizer to prepare a positive electrode slurry having a viscosity of 4000 cPs. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode ink was used. In the positive electrode active material layer in the positive electrode, the aggregate diameter of the conductive material was 1 μm, and the ratio of aggregate diameter (B / (A + B)) was 0.03.

次に、前記正極を用いて、実施例1と同様にしてコイン電池を作製し、その評価を行った。結果を表1に示す。   Next, using the positive electrode, a coin battery was produced in the same manner as in Example 1 and evaluated. The results are shown in Table 1.

(実施例3)
正極活物質として一次粒子径1μmのスピネルマンガン88g、導電材として一次粒子径50nmのデンカブラック2g、バインダとしてPVdF5g、分散剤としてジアルキルスルホサクシネートナトリウム1g、および、溶媒としてNMP(適量)をホモジナイザーにより攪拌混合することにより、粘度が4000cPsの正極スラリーを調製した。前記正極インクを用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。前記正極における前記正極活物質層では、前記導電材の凝集体径が1μmであり、凝集体径の比率(B/(A+B))が0.01であった。
Example 3
Using a homogenizer, 88 g of spinel manganese having a primary particle diameter of 1 μm as a positive electrode active material, 2 g of Denka black having a primary particle diameter of 50 nm as a conductive material, 5 g of PVdF as a binder, 1 g of sodium dialkylsulfosuccinate as a dispersant, and NMP (appropriate amount) as a solvent. A positive electrode slurry having a viscosity of 4000 cPs was prepared by stirring and mixing. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode ink was used. In the positive electrode active material layer in the positive electrode, the aggregate diameter of the conductive material was 1 μm, and the aggregate diameter ratio (B / (A + B)) was 0.01.

次に、前記正極を用いて、実施例1と同様にしてコイン電池を作製し、その評価を行った。結果を表1に示す。   Next, using the positive electrode, a coin battery was produced in the same manner as in Example 1 and evaluated. The results are shown in Table 1.

(実施例4)
実施例1と同様にしてアルミニウム箔上に正極活物質層を作製した後、これをさらに真空のオーブン中で、300℃で1時間熱処理を行うことにより正極を得た。熱処理後の前記正極活物質層において、前記導電材の凝集体径は1μmであり、凝集体径の比率(B/(A+B))が0.1であった。
Example 4
After producing a positive electrode active material layer on an aluminum foil in the same manner as in Example 1, this was further heat treated at 300 ° C. for 1 hour in a vacuum oven to obtain a positive electrode. In the positive electrode active material layer after the heat treatment, the aggregate diameter of the conductive material was 1 μm, and the ratio of aggregate diameter (B / (A + B)) was 0.1.

次に、前記正極を用いて、実施例1と同様にしてコイン電池を作製し、その評価を行った。結果を表1に示す。   Next, using the positive electrode, a coin battery was produced in the same manner as in Example 1 and evaluated. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
1.正極の作製
正極活物質として一次粒子径1μmのスピネルマンガン75g、導電材として一次粒子径50nmのデンカブラック20g、バインダとしてPVdF5g、および、溶媒としてNMP(適量)をホモジナイザーにより攪拌混合することにより、粘度が4000cPsの正極スラリーを調製した。前記正極インクを用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。前記正極における前記正極活物質層では、前記導電材の凝集体径が2μmであり、凝集体径の比率(B/(A+B))が0.9であった。
(Comparative Example 1)
1. Production of Positive Electrode 75 g of spinel manganese having a primary particle diameter of 1 μm as a positive electrode active material, 20 g of Denka Black having a primary particle diameter of 50 nm as a conductive material, 5 g of PVdF as a binder, and NMP (appropriate amount) as a solvent are mixed by stirring with a homogenizer. Prepared a positive electrode slurry of 4000 cPs. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode ink was used. In the positive electrode active material layer of the positive electrode, the aggregate diameter of the conductive material was 2 μm, and the aggregate diameter ratio (B / (A + B)) was 0.9.

次に、前記正極を用いて、実施例1と同様にしてコイン電池を作製し、その評価を行った。結果を表1に示す。   Next, using the positive electrode, a coin battery was produced in the same manner as in Example 1 and evaluated. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
1.正極の作製
正極活物質として一次粒子径1μmのスピネルマンガン85g、導電材として一次粒子径50nmのデンカブラック10g、バインダとしてPVdF5g、および、溶媒としてNMP(適量)をホモジナイザーにより攪拌混合することにより、粘度が4000cPsの正極スラリーを調製した。前記正極インクを用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。前記正極における前記正極活物質層では、前記導電材の凝集体径が2μmであり、凝集体径の比率(B/(A+B))が0.8であった。
(Comparative Example 2)
1. Preparation of positive electrode 85 g of spinel manganese having a primary particle diameter of 1 μm as a positive electrode active material, 10 g of Denka black having a primary particle diameter of 50 nm as a conductive material, 5 g of PVdF as a binder, and NMP (appropriate amount) as a solvent are mixed by stirring with a homogenizer. Prepared a positive electrode slurry of 4000 cPs. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode ink was used. In the positive electrode active material layer in the positive electrode, the aggregate diameter of the conductive material was 2 μm, and the ratio of aggregate diameter (B / (A + B)) was 0.8.

次に、前記正極を用いて、実施例1と同様にしてコイン電池を作製し、その評価を行った。結果を表1に示す。   Next, using the positive electrode, a coin battery was produced in the same manner as in Example 1 and evaluated. The results are shown in Table 1.

(比較例3)
1.正極の作製
正極活物質として一次粒子径1μmのスピネルマンガン90g、導電材として一次粒子径50nmのデンカブラック5g、バインダとしてPVdF5g、および、溶媒としてNMP(適量)をホモジナイザーにより攪拌混合することにより、粘度が4000cPsの正極スラリーを調製した。前記正極インクを用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。前記正極における前記正極活物質層では、前記導電材の凝集体径が2μmであり、凝集体径の比率(B/(A+B))が0.6であった。
(Comparative Example 3)
1. Preparation of positive electrode 90 g of spinel manganese having a primary particle diameter of 1 μm as a positive electrode active material, 5 g of Denka black having a primary particle diameter of 50 nm as a conductive material, 5 g of PVdF as a binder, and NMP (appropriate amount) as a solvent are mixed by stirring with a homogenizer. Prepared a positive electrode slurry of 4000 cPs. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode ink was used. In the positive electrode active material layer in the positive electrode, the aggregate diameter of the conductive material was 2 μm, and the aggregate diameter ratio (B / (A + B)) was 0.6.

次に、前記正極を用いて、実施例1と同様にしてコイン電池を作製し、その評価を行った。結果を表1に示す。   Next, using the positive electrode, a coin battery was produced in the same manner as in Example 1 and evaluated. The results are shown in Table 1.

Figure 0004984422
Figure 0004984422

表1において、比較例1〜3のレート特性は、実施例1〜4よりも低い結果となっている。これは、分散剤が入っていないために、導電材、電極活物質の分散性が低く、電極内での導電ネットワークが十分に形成されていないためと考えられる。実施例1〜4では分散剤の効果により電極活物質周辺に導電材が均一に分散されて導電ネットワークが形成されるため、レート特性が比較例1〜3と比較して20%以上良い値となっている。特に実施例4では分散剤を除去しているため、より優れた特性を示していることがわかる。   In Table 1, the rate characteristics of Comparative Examples 1 to 3 are lower than those of Examples 1 to 4. This is considered because the dispersibility of the conductive material and the electrode active material is low because the dispersant is not contained, and the conductive network in the electrode is not sufficiently formed. In Examples 1 to 4, since the conductive material is uniformly dispersed around the electrode active material due to the effect of the dispersant to form a conductive network, the rate characteristics are 20% or more better than those of Comparative Examples 1 to 3. It has become. In particular, in Example 4, since the dispersing agent was removed, it turns out that the more excellent characteristic is shown.

本発明の方法によれば、電極活物質および導電材の分散性に優れる二次電池用電極が得られる。前記二次電池用電極によれば、分散剤の少ない使用量であっても、レート特性、放電特性などに優れる二次電池を提供することができる。   According to the method of the present invention, an electrode for a secondary battery excellent in dispersibility of an electrode active material and a conductive material can be obtained. According to the electrode for a secondary battery, it is possible to provide a secondary battery that is excellent in rate characteristics, discharge characteristics, and the like, even with a small amount of dispersant.

本発明の方法により作製された二次電池用電極の電極活物質層における電極活物質および導電材の分散状態を示す。The dispersion state of the electrode active material and the conductive material in the electrode active material layer of the electrode for a secondary battery produced by the method of the present invention is shown. 本発明の方法に用いられるスラリーにおける電極活物質、導電材、および解離した分散剤の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of the electrode active material in a slurry used for the method of this invention, an electrically conductive material, and the dissociated dispersing agent. 実施例において作製したコイン型二次電池の模式断面図を示す。The schematic cross section of the coin-type secondary battery produced in the Example is shown. 従来の方法により作製された二次電池用電極の電極活物質層における電極活物質および導電材の分散状態を示す。The electrode active material in the electrode active material layer of the electrode for secondary batteries produced by the conventional method and the dispersion state of a electrically conductive material are shown.

符号の説明Explanation of symbols

101…電極活物質、102…導電材、310…正極、311…負極、312…電池蓋、313…外装缶、314…セパレータ、315…シーラント。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Electrode active material, 102 ... Conductive material, 310 ... Positive electrode, 311 ... Negative electrode, 312 ... Battery cover, 313 ... Outer can, 314 ... Separator, 315 ... Sealant.

Claims (10)

表面に負電荷を帯びた電極活物質と、表面に正電荷を帯びた導電材と、イオン性界面活性剤からなる分散剤とを含むスラリーを調製する工程と、
前記スラリーを集電体上に塗布して電極活物質層を形成する工程と、を有し、
前記スラリーを調製する工程は、前記電極活物質と前記分散剤とを含む分散液(I)と、前記導電材と前記分散剤と含む分散液(II)と、を混合することにより行われる、二次電池用電極の製造方法。
Preparing a slurry containing an electrode active material having a negative charge on the surface, a conductive material having a positive charge on the surface, and a dispersant comprising an ionic surfactant;
Have a, and forming an electrode active material layer by coating the slurry on the current collector,
The step of preparing the slurry is performed by mixing the dispersion liquid (I) containing the electrode active material and the dispersant, and the dispersion liquid (II) containing the conductive material and the dispersant. A method for producing an electrode for a secondary battery.
前記電極活物質は、リチウム−遷移金属複合酸化物からなる正極活物質、遷移金属とリチウムのリン酸化合物もしくは硫酸化合物;遷移金属の酸化物もしくは硫化物;PbOThe electrode active material is a positive electrode active material comprising a lithium-transition metal composite oxide, a transition metal and lithium phosphate compound or sulfate compound; a transition metal oxide or sulfide; PbO 2 、AgO、またはNiOOHである、請求項1に記載の二次電池用電極の製造方法。The manufacturing method of the electrode for secondary batteries of Claim 1 which is AgO or NiOOH. 前記導電材は、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、炭素繊維、またはカーボンナノチューブである、請求項1または2に記載の二次電池用電極の製造方法。The method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the conductive material is graphite, carbon black, acetylene black, carbon fiber, or carbon nanotube. 前記分散剤は、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、および両性界面活性剤よりなる群から選択される少なくとも一種である請求項1〜3のいずれか1項に記載の二次電池用電極の製造方法。 4. The secondary battery according to claim 1, wherein the dispersant is at least one selected from the group consisting of a cationic surfactant, an anionic surfactant, and an amphoteric surfactant. 5. Electrode manufacturing method. 前記分散剤は、ジアルキルスルホサクシネートナトリウムである、請求項4に記載の二次電池用電極の製造方法。The method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to claim 4, wherein the dispersant is sodium dialkylsulfosuccinate. 前記電極活物質層を熱処理する工程をさらに有する請求項1〜のいずれか1項に記載の二次電池用電極の製造方法。 Method for producing the electrode active material layer further comprising a step of heat-treating, claim 1 according to any one of the 5 secondary battery electrode. リチウムイオン二次電池用正極の製造方法である請求項1〜のいずれか1項に記載の二次電池用電極の製造方法。 A method for producing a lithium ion secondary battery positive electrode, method of manufacturing a secondary battery electrode according to any one of claims 1-6. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法により製造された二次電池用電極であって、
前記電極活物質層における前記導電材の一次粒子と前記導電材の凝集体との存在割合が、前記一次粒子の個数をA、前記凝集体の個数をBとするとき、0.1≧B/(A+B)である二次電池用電極。
A secondary battery electrode manufactured by the manufacturing method according to claim 1,
The ratio of the primary particles of the conductive material and the aggregates of the conductive material in the electrode active material layer is 0.1 ≧ B /, where A is the number of primary particles and B is the number of aggregates. (a + B) is a secondary battery electrode.
請求項1〜のいずれか1項に記載の方法により作製された二次電池用電極、または、請求項8に記載の二次電池用電極を用いた二次電池。 Any one secondary battery electrode manufactured by the method according to claim 1-7 or a secondary battery using the electrode for a secondary battery according to claim 8. バイポーラ電池である、請求項9に記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 9, which is a bipolar battery.
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