JP5201313B2 - Electrode for electrochemical device and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for an electrochemical element for manufacturing an electrochemical element which is large in an electric capacity, and which is high in reliability in a charging/discharging cycle even in the case of a high voltage, for example, 3.8 V, a method for manufacturing the productivity, and an electrochmical element using such an electrode. <P>SOLUTION: In this electrode for electrochemical elements configured of a collector and an active material layer on the surface, the active material layer is formed by molding composite particles containing electrode active materials and conductive materials and binding agent by a dry process, and the electrode active materials contain graphite or graphite-shaped particles. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなどの電気化学素子(本発明では、繰り返し充放電可能な、二次電池とキャパシタを総称して電気化学素子という。)、およびこれに用いられる電極に関する。   The present invention relates to electrochemical elements such as lithium ion secondary batteries and electric double layer capacitors (in the present invention, secondary batteries and capacitors that can be repeatedly charged and discharged are collectively referred to as electrochemical elements), and the like. Electrode.

小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、更に繰り返し充放電が可能な電気化学素子は、その特性を活かして急速に需要を拡大している。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が比較的大きいことから携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなどの分野で利用され、電気二重層キャパシタは、急激な充放電が可能なので、パソコン等のメモリバックアップ小型電源として利用されている。更に、電気二重層キャパシタは電気自動車用の大型電源としての応用が期待されている。また、金属酸化物や導電性高分子の表面の酸化還元反応(疑似電気二重層容量)を利用するレドックスキャパシタもその容量の大きさから注目を集めている。これらの電気化学素子は、用途の拡大や発展に伴い、低抵抗化、高容量化、機械的特性の向上など、より一層の改善が求められている。このようななかで、電気化学素子の性能を向上させるために、集電体や活物質層を形成する材料についても様々な改善が行われている。   Electrochemical elements that are small and light, have high energy density, and can be repeatedly charged and discharged are rapidly expanding in demand by utilizing their characteristics. Lithium-ion secondary batteries are used in fields such as mobile phones and notebook personal computers because of their relatively high energy density, and electric double layer capacitors can be charged and discharged rapidly. It is used as. Furthermore, the electric double layer capacitor is expected to be applied as a large power source for electric vehicles. In addition, redox capacitors that utilize the oxidation-reduction reaction (pseudo electric double layer capacitance) on the surface of metal oxides or conductive polymers are also attracting attention due to their large capacity. With the expansion and development of applications, these electrochemical devices are required to be further improved, such as lowering resistance, increasing capacity, and improving mechanical properties. Under such circumstances, various improvements have been made on the material forming the current collector and the active material layer in order to improve the performance of the electrochemical element.

電気化学素子用電極は、電極活物質、導電材および結着剤とを含む活物質層を集電体上に積層してなるものである。電極活物質としては、各種の活性炭(カーボンともいう。)が一般的である(特許文献1)。活性炭は、その表面積が大きく、得られる電気化学素子の電気容量を大きくすることができるからである。特許文献1においても、活性炭の表面積が500m/g以上に大きいことが好ましいとされている。 The electrode for an electrochemical element is formed by laminating an active material layer containing an electrode active material, a conductive material, and a binder on a current collector. As the electrode active material, various activated carbons (also referred to as carbon) are generally used (Patent Document 1). This is because activated carbon has a large surface area and can increase the electric capacity of the obtained electrochemical element. Also in Patent Document 1, it is considered preferable that the activated carbon has a surface area of 500 m 2 / g or more.

一方、電極活物質として、活性炭に代わって黒鉛または黒鉛状粒子を用いることが提案されている(特許文献2、特許文献3)(本発明では、黒鉛状粒子は、黒鉛からなる粒子の表面に、該黒鉛の結晶構造とは異なる結晶構造を有する炭素同素体による被覆層を有するものをいう。)。これらの文献によれば、黒鉛または黒鉛状粒子を用いることにより、例えば3.8Vの高電圧においても、電気容量が大きく、充放電サイクルにおける信頼性の高い電気化学素子用電極が得られるとされている。これらの文献では、電極活物質としての黒鉛、導電材および結着剤と溶剤とをスラリー状にし、これを集電体上に塗布、乾燥して活物質層とし、電気化学素子用電極を得ている(本発明では、このように、スラリーを塗布、乾燥して活物質層を得る方法を湿式法という。)。また、バインダーとしては、PVDfやPTFEなどのフッ素樹脂や、ゴムなどが使用可能であると記載されている。   On the other hand, it has been proposed to use graphite or graphite-like particles instead of activated carbon as the electrode active material (Patent Documents 2 and 3) (in the present invention, the graphite-like particles are formed on the surface of particles made of graphite. And those having a coating layer of carbon allotrope having a crystal structure different from the crystal structure of the graphite). According to these documents, by using graphite or graphite-like particles, an electrode for an electrochemical element having a large electric capacity and high reliability in a charge / discharge cycle can be obtained even at a high voltage of 3.8 V, for example. ing. In these documents, graphite as an electrode active material, a conductive material, a binder and a solvent are made into a slurry, and this is applied onto a current collector and dried to form an active material layer, thereby obtaining an electrode for an electrochemical device. (In the present invention, the method of obtaining the active material layer by applying and drying the slurry in this way is referred to as a wet method). Further, it is described that a fluororesin such as PVDf or PTFE, rubber, or the like can be used as the binder.

特開2002−260634号公報JP 2002-260634 A 特開2006−332625号公報JP 2006-332625 A WO2006/054747公報WO2006 / 054747

しかし、本発明者らの検討によれば、特許文献2および特許文献3に開示される方法に従って、電極活物質として黒鉛を用い、湿式法で活物質層を形成しようとすると、電極表面でスジ状のムラや、塗布端の盛り上がりなどが発生しやすいという不都合があった。また均一なスラリーを調製するためには、黒鉛がスラリー中で分散しにくいため、十分な剪断を与えるか、攪拌時間を長くして、スラリーを調製する必要があり、電極の製造工程が複雑となり、生産効率が劣っていた。   However, according to the study by the present inventors, when an active material layer is formed by a wet method using graphite as an electrode active material according to the methods disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3, streaks are formed on the electrode surface. There is an inconvenience that unevenness of the shape and bulge of the coating end are likely to occur. In order to prepare a uniform slurry, graphite is difficult to disperse in the slurry. Therefore, it is necessary to prepare the slurry by giving sufficient shear or lengthening the stirring time, which complicates the electrode manufacturing process. The production efficiency was inferior.

本発明の目的は、例えば3.8Vの高電圧においても、電気容量が大きく、充放電サイクルにおける信頼性の高い電気化学素子を製造することができる電気化学素子用電極、その生産性に優れた製造方法、およびそのような電極を用いた電気化学素子を提供することにある。   An object of the present invention is, for example, an electrode for an electrochemical element that can produce an electrochemical element having a large electric capacity and high reliability in a charge / discharge cycle even at a high voltage of 3.8 V, and has excellent productivity. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method and an electrochemical device using such an electrode.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意努力した結果、電極活物質として黒鉛または黒鉛状粒子を用いて活物質層を形成する場合、電極活物質としての黒鉛、導電材および結着剤を含む複合粒子を得て、これを集電体上に乾式法により成形して活物質層とすることが適していることを見出した。さらに、本発明者らは、結着剤として、電解液に対する膨潤度が小さいものを組み合わせて用いることが好ましいことを見出した。本発明はこれらの知見に基づいて完成したものである。   As a result of diligent efforts to achieve the above object, the inventors of the present invention have formed graphite, a conductive material, and a binder as an electrode active material when an active material layer is formed using graphite or graphite-like particles as an electrode active material. The present inventors have found that it is suitable to obtain composite particles containing, and form the active material layer on a current collector by a dry method. Furthermore, the present inventors have found that it is preferable to use a binder having a small degree of swelling with respect to the electrolytic solution. The present invention has been completed based on these findings.

かくして、本発明によれば、
集電体と、その表面に活物質層を有してなる電気化学素子用電極であって、該活物質層が、電極活物質、導電材および結着剤を含む複合粒子を乾式法により成形したものであり、該電極活物質が黒鉛または黒鉛状粒子を含むことを特徴とする電気化学素子用電極が提供される。
この結着剤は、プロピレンカーボネートに1.0mol/Lの濃度でトリエチレンモノメチルアンモニウムテトラフロロボーレートを溶解した電解液に対する膨潤度が2以下であることが好ましい。
一つの実施態様として、電極活物質は、黒鉛状粒子であることが好ましい。黒鉛状粒子は、黒鉛の粒子の表面に、該黒鉛の結晶構造とは異なる結晶構造の炭素同素体による被覆層を有するものである。該被覆層は結晶性の炭素同素体でもよいし、非結晶性の炭素同素体でってもよいが、非結晶性の炭素同素体あることが好ましい。
また、本発明によれば、黒鉛若しくは黒鉛状粒子、導電材および結着剤を含む複合粒子を得る工程、およびこの複合粒子を集電体上で加熱および加圧することにより活物質層を形成する工程を有することを特徴とする電気化学素子用電極の製造方法(本発明では、このように、複合粒子を集電体上で加熱および加圧して活物質層を形成する方法を乾式法という。)。複合粒子を得る工程は、噴霧乾燥造粒法であることが好ましい。
得られる、電気化学素子用電極を、正極電極または負極電極として使用して、電気化学素子とすることができ、正極電極として用いることが好ましい。そのような電気化学素子は好ましくは電気二重層キャパシタである。
Thus, according to the present invention,
An electrode for an electrochemical device having a current collector and an active material layer on the surface of the current collector, wherein the active material layer forms composite particles containing an electrode active material, a conductive material and a binder by a dry method There is provided an electrode for an electrochemical element, wherein the electrode active material contains graphite or graphite-like particles.
This binder preferably has a degree of swelling of 2 or less with respect to an electrolytic solution in which triethylene monomethyl ammonium tetrafluoroborate is dissolved in propylene carbonate at a concentration of 1.0 mol / L.
In one embodiment, the electrode active material is preferably graphite-like particles. Graphite-like particles have a coating layer of carbon allotrope having a crystal structure different from the crystal structure of the graphite on the surface of the graphite particles. The coating layer may be a crystalline carbon allotrope or an amorphous carbon allotrope, but is preferably an amorphous carbon allotrope.
In addition, according to the present invention, a step of obtaining composite particles containing graphite or graphite-like particles, a conductive material and a binder, and an active material layer is formed by heating and pressing the composite particles on a current collector. A method for producing an electrode for an electrochemical element characterized by having a step (in the present invention, a method of forming an active material layer by heating and pressing composite particles on a current collector in this way is called a dry method. ). The step of obtaining composite particles is preferably a spray drying granulation method.
The obtained electrode for an electrochemical element can be used as a positive electrode or a negative electrode to form an electrochemical element, and is preferably used as a positive electrode. Such an electrochemical element is preferably an electric double layer capacitor.

本発明によれば、電気化学素子用の電極、その生産効率に優れた製造方法、およびそのような電気化学粗使用電極を用いた電気化学素子が提供される。得られる電気化学素子は、静電容量が大きく、容量保持率が高く、充放電サイクルにおける信頼性の高いものである。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrochemical element using the electrode for electrochemical elements, the manufacturing method excellent in the production efficiency, and such an electrochemical rough use electrode is provided. The obtained electrochemical device has a large capacitance, a high capacity retention rate, and high reliability in the charge / discharge cycle.

<複合粒子>
本発明では、それぞれの粒子が、黒鉛若しくは黒鉛状粒子、導電剤、および結着剤を含む複合粒子を用いる。
<Composite particle>
In the present invention, each particle uses composite particles containing graphite or graphite-like particles, a conductive agent, and a binder.

本発明では、電極活物質として、黒鉛または黒鉛状粒子を用いることが必須である。黒鉛は炭素の同素体であり、sp混成軌道により炭素原子が6炭素環が連なった結晶構造をもつ部分を有する物質である。黒鉛は、天然に産出するもの(天然石墨)と人工的に製造されるものに大別される。天然石墨は、六方晶系または六角板状の平たい結晶であり、通常は鱗状、粒状、または土状である。人工的に製造されるものは鱗状または塊状である。ここで黒鉛は一般的に「黒鉛」として認識されている材料を含む概念である。また、本発明では、電極活物質として、活性炭などの黒鉛(および黒鉛状粒子)以外の、炭素同素体等の電極活物質として公知のものを、本発明の目的を損なわない範囲で併用して用いることもできる。この場合、電極活物質中に於ける、黒鉛および黒鉛状粒子の割合は、通常50重量%以上であり、70重量%以上であることが好ましい。 In the present invention, it is essential to use graphite or graphite-like particles as the electrode active material. Graphite is an allotrope of carbon and is a substance having a portion having a crystal structure in which six carbon rings are linked by sp 2 hybrid orbitals. Graphite is roughly classified into those produced naturally (natural graphite) and those produced artificially. Natural graphite is a hexagonal or hexagonal flat crystal, usually in the form of scales, granules, or earth. Artificially manufactured products are scale-like or massive. Here, graphite is a concept including a material generally recognized as “graphite”. Further, in the present invention, as the electrode active material, those known as electrode active materials such as carbon allotropes other than graphite (and graphite-like particles) such as activated carbon are used in combination as long as the object of the present invention is not impaired. You can also. In this case, the ratio of graphite and graphite-like particles in the electrode active material is usually 50% by weight or more and preferably 70% by weight or more.

好ましい黒鉛は、X線回折によるd(002)間距離が小さく、通常0.3390nm以下、このマイクは0.3370nm以下、特に好ましくは0.3354〜0.3362nmの範囲である。好ましい黒鉛は、比表面積が10m/g以下、好ましくは7m/g以下、より好ましくは5m/g以下のものである。比表面積は、吸着剤としてN2やCO2などを用いたBET法により決定することができる。好ましい黒鉛は、高結晶性のものである。例えば、002面の結晶格子定数C0(002)は0.67〜0.68nm、好ましくは0.671〜0.674であればよい。更に、CuKα線を用いたX線結晶回折スペクトルで002ピークの半値幅は0.5未満、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.2〜0.3であればよい。黒鉛の結晶性が低いと電気二重層キャパシタの不可逆容量が増大する傾向がある。好ましい黒鉛はグラファイト層に適度な乱れを生じ、ベーサル面とエッジ面の比がある一定の範囲に入るものである。グラファイト層の乱れは、例えば、ラマン分光分析の結果に現れる。好ましい黒鉛は、ラマン分光スペクトルにおける1360cm−1のピーク強度(以下「I(1360)」という。)と1580cm−1のピーク強度(以下「I(1580)」という。)との比(以下「I(1360)/I(1580)」という。)が0.02〜0.5、好ましくは0.05〜0.25、より好ましくは0.1〜0.2、更に好ましくは0.13〜0.17となるものである。なお後述するCVD処理を施すと、該強度比は成立せず、2.5以上の値を示す。被覆した炭素が基材よりも結晶性が低いためと見られる。また、好ましい黒鉛はX線結晶解析の結果で特定することもできる。つまり、X線結晶回折スペクトルにおける菱面体晶のピーク強度(以下「IB」という。)と六方晶のピーク強度(以下「IA」という。)との比(以下「IB/IA」という。)が0.3以上、好ましくは0.35から1.3となる黒鉛である。 Preferred graphite has a small distance between d (002) by X-ray diffraction, and is usually 0.3390 nm or less, and this microphone is 0.3370 nm or less, particularly preferably in the range of 0.3354 to 0.3362 nm. Preferable graphite has a specific surface area of 10 m 2 / g or less, preferably 7 m 2 / g or less, more preferably 5 m 2 / g or less. The specific surface area can be determined by a BET method using N2 or CO2 as an adsorbent. Preferred graphite is highly crystalline. For example, the crystal lattice constant C0 (002) of the 002 plane may be 0.67 to 0.68 nm, preferably 0.671 to 0.674. Furthermore, the half width of the 002 peak in the X-ray crystal diffraction spectrum using CuKα rays is less than 0.5, preferably 0.1 to 0.4, more preferably 0.2 to 0.3. When the crystallinity of graphite is low, the irreversible capacity of the electric double layer capacitor tends to increase. Preferable graphite is one in which the graphite layer is moderately disturbed and the ratio between the basal plane and the edge plane falls within a certain range. The disorder of the graphite layer appears in the result of Raman spectroscopic analysis, for example. Preferable graphite has a ratio (hereinafter referred to as “I”) of a peak intensity of 1360 cm −1 (hereinafter referred to as “I (1360)”) and a peak intensity of 1580 cm −1 (hereinafter referred to as “I (1580)”) in a Raman spectrum. (1360) / I (1580) ") is 0.02 to 0.5, preferably 0.05 to 0.25, more preferably 0.1 to 0.2, and still more preferably 0.13 to 0. .17. In addition, when performing the CVD process mentioned later, this intensity ratio will not be materialized but will show the value of 2.5 or more. This is because the coated carbon has lower crystallinity than the base material. Moreover, preferable graphite can also be specified by the result of an X-ray crystal analysis. That is, the ratio (hereinafter referred to as “IB / IA”) of the rhombohedral peak intensity (hereinafter referred to as “IB”) and the hexagonal peak intensity (hereinafter referred to as “IA”) in the X-ray crystal diffraction spectrum. The graphite is 0.3 or more, preferably 0.35 to 1.3.

黒鉛の粒子の形状や寸法は、得られる複合粒子が電気化学素子用電極に成形できる範囲であれば、特に限定されない。例えば、黒鉛として、薄片状黒鉛粒子、圧密化黒鉛粒子及び球状化黒鉛粒子等を使用できる。これら黒鉛の粒子の性状及び製造方法は公知である。薄片状黒鉛粒子は一般に厚みが1μm以下、好ましくは0.1μm以下であり、かつ最大粒子長は100μm以下、好ましくは50μm以下である。薄片状黒鉛粒子は天然黒鉛や人造黒鉛を化学的、あるいは物理的方法で粉砕してえられる。例えば、天然黒鉛や、キッシュ黒鉛、高結晶性熱分解黒鉛等の人造黒鉛材料を硫酸と硝酸の混酸で処理、加熱して膨張黒鉛を得て、超音波法などで粉砕して薄片化黒鉛を得る方法や、硫酸中で電気化学的に黒鉛を酸化して得られる黒鉛−硫酸の層間化合物や、黒鉛−テトラヒドロフラン等の黒鉛−有機物の層間化合物を外熱式あるいは内熱式炉で、更にはレーザー加熱等により急速加熱処理して膨張化させ、粉砕する等の公知の方法に従って製造することができる。あるいは天然黒鉛や人造黒鉛を機械的に例えばジェットミルなどで粉砕して得ることが出来る。上記薄片状黒鉛粒子は、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛を、薄片化及び粒子化することにより得られる。薄片化及び粒子化の方法としては、例えばこれらを超音波や各種粉砕機を用いて機械的或いは物理的に粉砕する方法がある。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛をジェットミルなどシェアをかけない粉砕機で粉砕薄片化した黒鉛粒子は、ここでは特に鱗片状黒鉛粒子と呼ぶ。これに対し、膨張黒鉛を超音波などを用いて粉砕、薄片化した黒鉛粒子をここでは特に葉片状黒鉛とよぶ。薄片状黒鉛粒子は2000℃ないし2800℃で0.1〜10時間程度、不活性雰囲気中でアニーリングし、更に結晶性を高めてもよい。圧密化黒鉛粒子は嵩密度が高い黒鉛粒子であり、一般にタップ密度が0.7〜1.3g/cm3である。圧密化黒鉛粒子はアスペクト比が1〜5の紡錘状をなす黒鉛粒子を10体積%以上含むか、若しくはアスペクト比が1〜10の円盤状をなす黒鉛粒子を50体積%以上含むと定義される。圧密化黒鉛粒子は、原料黒鉛粒子を圧密化することによって製造することができる。原料となる黒鉛の粒子としては、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれを用いても良いが、結晶性の高さと、入手の容易さとから、天然黒鉛が好ましい。   The shape and dimensions of the graphite particles are not particularly limited as long as the obtained composite particles can be formed into an electrode for an electrochemical element. For example, flaky graphite particles, consolidated graphite particles, and spheroidized graphite particles can be used as graphite. The properties and production methods of these graphite particles are known. The flaky graphite particles generally have a thickness of 1 μm or less, preferably 0.1 μm or less, and the maximum particle length is 100 μm or less, preferably 50 μm or less. Flaky graphite particles can be obtained by pulverizing natural graphite or artificial graphite by a chemical or physical method. For example, artificial graphite materials such as natural graphite, quiche graphite, and highly crystalline pyrolytic graphite are treated with a mixed acid of sulfuric acid and nitric acid, heated to obtain expanded graphite, and exfoliated graphite is pulverized by an ultrasonic method or the like. A graphite-sulfuric acid intercalation compound obtained by electrochemically oxidizing graphite in sulfuric acid, or a graphite-organic intercalation compound such as graphite-tetrahydrofuran in an externally heated or internally heated furnace, It can be produced according to a known method such as rapid heating treatment by laser heating or the like to expand and pulverize. Alternatively, natural graphite or artificial graphite can be obtained by mechanically pulverizing with, for example, a jet mill. The flaky graphite particles can be obtained, for example, by flaking and granulating natural graphite or artificial graphite. As a method for thinning and granulating, for example, there is a method of mechanically or physically pulverizing these using ultrasonic waves or various pulverizers. For example, graphite particles obtained by pulverizing natural graphite and artificial graphite with a pulverizer that does not apply a share such as a jet mill are particularly referred to as scaly graphite particles. On the other hand, graphite particles obtained by pulverizing and flaking expanded graphite using ultrasonic waves or the like are particularly referred to as flake graphite. The flaky graphite particles may be annealed in an inert atmosphere at 2000 ° C. to 2800 ° C. for about 0.1 to 10 hours to further enhance crystallinity. The consolidated graphite particles are graphite particles having a high bulk density and generally have a tap density of 0.7 to 1.3 g / cm 3. Consolidated graphite particles are defined as containing at least 10% by volume of spindle-shaped graphite particles having an aspect ratio of 1 to 5 or containing at least 50% by volume of disk-shaped graphite particles having an aspect ratio of 1 to 10. . The consolidated graphite particles can be produced by consolidating the raw graphite particles. As the graphite particles used as a raw material, either natural graphite or artificial graphite may be used, but natural graphite is preferred because of its high crystallinity and availability.

以上の天然黒鉛および人造黒鉛はそのまま若しくは粉砕して、本発明で用いる黒鉛とすることができるが、さらに圧密化処理を施して用いてもよい。圧密化処理は、原料となる黒鉛の粒子に衝撃を加えることにより行う。振動ミルを用いる圧密化処理は、特に圧密化を高くでき、より好ましいものである。振動ミルの例としては、振動ボールミル、振動ディスクミル、振動ロッドミル等が挙げられる。アスペクト比の大きな鱗片状の原料黒鉛粒子を圧密化処理すると、原料黒鉛粒子は主に黒鉛のベーサルプレーン(基礎面)で積層しながら二次粒子化し、同時に積層した二次粒子の端部は丸く削られて厚みのあるアスペクト比1〜10の円盤状、或はアスペクト比1〜5の紡錘状に変化し、アスペクト比の小さな黒鉛粒子に変換される。このようにして黒鉛粒子をアスペクト比の小さなものに変換した結果、黒鉛の粒子は高結晶性であるにもかかわらず、等方性に優れ、タップ密度が高い黒鉛粒子が得られる。そのため、得られる複合粒子を用いて電気化学素子用電極を成形する場合、そのような電極中の黒鉛の密度を高くすることができる。   The above natural graphite and artificial graphite can be used as they are or pulverized into the graphite used in the present invention, but may be further subjected to consolidation treatment. The consolidation treatment is performed by applying an impact to the graphite particles as a raw material. Consolidation treatment using a vibration mill is particularly preferable because it can increase the consolidation. Examples of the vibration mill include a vibration ball mill, a vibration disk mill, and a vibration rod mill. When scaly raw graphite particles with a large aspect ratio are consolidated, the raw graphite particles are converted into secondary particles while being laminated mainly on the graphite basal plane (base surface), and the edges of the simultaneously laminated secondary particles are rounded. It is cut into a thick disk shape with an aspect ratio of 1 to 10 or a spindle shape with an aspect ratio of 1 to 5, and converted into graphite particles with a small aspect ratio. As a result of converting the graphite particles to those having a small aspect ratio in this manner, graphite particles having excellent isotropy and high tap density can be obtained even though the graphite particles are highly crystalline. Therefore, when the electrode for electrochemical devices is formed using the obtained composite particles, the density of graphite in such an electrode can be increased.

黒鉛は球状の粒子であってもよい。そのような球状の黒鉛の粒子は、高結晶性黒鉛を比較的破砕力の小さい衝撃式粉砕機で粉砕しながら、この薄片を集めて、圧縮球状化して得られる。衝撃式粉砕機としては、例えばハンマーミルやピンミルを使用することができる。回転するハンマーやピンの外周線速度は50〜200m/秒程度が好ましい。また、これらの粉砕機に対する黒鉛の供給や排出は、空気等の気流に同伴させて行うことが好ましい。粒子の球状化の程度は、粒子の長軸と短軸の比(長軸/短軸)で表すことができる。即ち、粒子の任意の断面において、重心で直交する軸線のうち長軸/短軸の比が最大となるものを選んだときに、この長軸/短軸の比が1に近い程、真球に近いことになる。上記の球状化処理により、長軸/短軸の比を容易に4以下(1〜4)とすることができる。また、球状化処理を充分に行えば、長軸/短軸の比を2以下(1〜2)とすることができる。   The graphite may be spherical particles. Such spherical graphite particles are obtained by collecting the flakes and compressing them into a spherical shape while pulverizing the high crystalline graphite with an impact pulverizer having a relatively small crushing force. For example, a hammer mill or a pin mill can be used as the impact pulverizer. The outer peripheral linear velocity of the rotating hammer or pin is preferably about 50 to 200 m / sec. Moreover, it is preferable to perform supply and discharge | emission of graphite with respect to these grinders by making it accompany airflow, such as air. The degree of particle spheroidization can be expressed by the ratio of the major axis to the minor axis of the particle (major axis / minor axis). That is, in an arbitrary cross section of a particle, when an axis that is orthogonal to the center of gravity and having a long / short axis ratio that is the largest is selected, It will be close to. By the spheroidizing treatment, the ratio of major axis / minor axis can be easily set to 4 or less (1 to 4). Further, if the spheroidization treatment is sufficiently performed, the ratio of the major axis / minor axis can be set to 2 or less (1-2).

黒鉛は高結晶性の黒鉛であってもよい。そのような高結晶性黒鉛は、炭素粒子が網目構造を形成して平面上に広がるAB面が、多数積層することにより厚みを増し、塊状に成長したものである。積層したAB面相互間の結合力(C軸方向の結合力)は、AB面の結合力に比べて遥かに小さいので、粉砕すると結合力の弱いAB面の剥離が優先して、得られる粒子は鱗片状となりやすい。黒鉛結晶のAB面に垂直な断面を電子顕微鏡で観察すると、積層構造を示す筋状の線を観察することができる。鱗片状黒鉛の内部組織は単純であり、AB面に垂直な断面を観察すると、積層構造を示す筋状の線は常に直線状であり、平板状の積層構造である。   The graphite may be highly crystalline graphite. Such highly crystalline graphite is obtained by increasing the thickness by growing a large number of AB planes in which carbon particles form a network structure and spread on a plane, and grow in a lump. The bonding force between the laminated AB surfaces (bonding force in the C-axis direction) is much smaller than the bonding force of the AB surface. Tends to be scaly. When a cross section perpendicular to the AB plane of the graphite crystal is observed with an electron microscope, a streak-like line indicating a laminated structure can be observed. The internal structure of scaly graphite is simple, and when a cross section perpendicular to the AB plane is observed, the streaky line indicating the laminated structure is always linear, and is a flat laminated structure.

高結晶性の黒鉛に対し、前述の球状の黒鉛の粒子の内部組織は、積層構造を示す筋状の線は曲線状のものが多く、また空隙も多く見られ、著しく複雑な組織になっている。即ち、あたかも鱗片状(板状)の粒子が折り畳まれ、或いは丸め込まれたような状態で球状化している。このように、元々直線状であった積層構造が、圧縮力等によって曲線状に変化することは「褶曲」といわれる。球状化黒鉛粒子について更に特徴的なことは、不作為に選んだ断面であっても、粒子の表面付近が、表面の丸みに沿った曲線状の積層構造となっていることである。即ち、球状化黒鉛粒子の表面は、概ね、褶曲した積層構造で覆われており、外表面は黒鉛結晶のAB面(即ちベーサル面)となっている。   Compared to highly crystalline graphite, the internal structure of the above-mentioned spherical graphite particles is that the streaky lines indicating the laminated structure are often curved, and there are many voids, making the structure extremely complex. Yes. That is, it is spheroidized as if scaly (plate-like) particles were folded or rolled up. Thus, it is said that the layered structure that was originally linear changes into a curved shape due to compressive force or the like as a “folding”. What is more characteristic about the spheroidized graphite particles is that, even with a randomly selected cross section, the vicinity of the surface of the particle has a curved laminated structure along the roundness of the surface. That is, the surface of the spheroidized graphite particles is generally covered with a curved laminated structure, and the outer surface is an AB plane (ie, a basal plane) of graphite crystals.

上記で説明してきた黒鉛の粒子の表面に、そのような黒鉛粒子の結晶構造とは異なる結晶構造の炭素同素体による被覆層を設けて、これを本発明の黒鉛の代用として用いることもでき、好ましい。本発明ではこのような被覆層を有する黒鉛を、炭素被覆黒鉛という。この炭素被覆黒鉛を電極活物質として用い、乾式法と組み合わせて電気化学素子用電極を形成すると、特に得られる電気化学素子の充放電速度が著しく向上するなどの特性が向上して好ましい。   The surface of the graphite particles described above is preferably provided with a coating layer made of a carbon allotrope having a crystal structure different from the crystal structure of such graphite particles, which can be used as a substitute for the graphite of the present invention. . In the present invention, graphite having such a coating layer is referred to as carbon-coated graphite. When this carbon-coated graphite is used as an electrode active material and an electrode for an electrochemical element is formed in combination with a dry method, characteristics such as a remarkable improvement in charge / discharge rate of the electrochemical element obtained are particularly preferable.

黒鉛粒子の表面に被覆層を形成する方法としては、流動床式の反応炉を用いる化学蒸着処理が優れている。化学蒸着処理の炭素源として使用する有機物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン等の芳香族炭化水素や、メタン、エタン、プロパン等の脂肪族炭化水素を挙げることができる。流動床式反応炉には、これらの有機物を窒素や希ガス等の不活性ガスと混合して導入する。混合ガス中の有機物の濃度としては、2〜50モル%が好ましく、5〜33モル%がより好ましい。化学蒸着処理温度としては、850〜1200℃が好ましく、950〜1150℃がより好ましい。このような条件で化学蒸着処理を行うことにより、原料となる黒鉛粒子の表面を結晶性炭素のAB面(即ちベーサル面)で均一、かつ完全に被覆することができる。被覆層の形成に必要な炭素の量は、原料となる黒鉛粒子の粒子径及び形状によって異なるが、炭素被覆黒鉛中における被覆層の炭素量として、0.1〜10質量%が好ましく、0.5〜7質量%がより好ましく、0.8〜5質量%が更に好ましい。少なすぎると被覆層の効果が得られず、逆に多すぎると、炭素被覆黒鉛中の原料となる黒鉛粒子の割合が低下するので、得られる電気化学素子の充放電量が低下する等の不都合を生じる。   As a method for forming a coating layer on the surface of graphite particles, chemical vapor deposition using a fluidized bed reactor is excellent. Examples of the organic substance used as the carbon source for the chemical vapor deposition treatment include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and styrene, and aliphatic hydrocarbons such as methane, ethane, and propane. In the fluidized bed reactor, these organic substances are mixed and introduced with an inert gas such as nitrogen or a rare gas. As a density | concentration of the organic substance in mixed gas, 2-50 mol% is preferable and 5-33 mol% is more preferable. As chemical vapor deposition processing temperature, 850-1200 degreeC is preferable and 950-1150 degreeC is more preferable. By performing chemical vapor deposition under such conditions, the surface of the graphite particles as a raw material can be uniformly and completely covered with the AB surface (that is, the basal surface) of crystalline carbon. The amount of carbon necessary for forming the coating layer varies depending on the particle diameter and shape of the graphite particles used as a raw material, but is preferably 0.1 to 10% by mass as the carbon amount of the coating layer in the carbon-coated graphite. 5-7 mass% is more preferable, and 0.8-5 mass% is still more preferable. If the amount is too small, the effect of the coating layer cannot be obtained. On the other hand, if the amount is too large, the ratio of the graphite particles as the raw material in the carbon-coated graphite decreases, so that the charge / discharge amount of the obtained electrochemical element decreases. Produce.

炭素源の種類および化学蒸着処理の条件により、被覆層中での炭素同素体は、ダイヤモンド状の結晶構造をとったり、グラファイト(黒鉛)状の結晶構造をとったり、その中間の非結晶の状態(両方の結晶構造が部分的に成長し、全体としては非晶質の状態)をとることができる。被覆層中での炭素同素体は、これらの2種の結晶状態であってもよいし、非結晶状態であってもよく、非結晶状態であることが好ましい。好ましい非結晶性の被覆層を有する炭素被覆黒鉛は、例えば東洋炭素社からPYROPRAPHの製品名で入手することもできる。   Depending on the type of carbon source and the conditions of chemical vapor deposition, the carbon allotrope in the coating layer may have a diamond-like crystal structure, a graphite-like crystal structure, or an intermediate amorphous state (both The crystal structure grows partially and can take an amorphous state as a whole. The carbon allotrope in the coating layer may be in these two crystalline states, in an amorphous state, and preferably in an amorphous state. Carbon-coated graphite having a preferred non-crystalline coating layer can also be obtained, for example, from Toyo Tanso under the product name PYROPRAPH.

導電材は、導電性を有し、電気二重層を形成し得る細孔を有さない粒子状の炭素材料からなり、電気化学素子用電極の導電性を向上させるものである。導電材の重量平均粒子径は、上記の黒鉛りも重量平均粒径の小さいものを使用し、通常0.001〜10μm、好ましくは0.05〜5μm、より好ましくは0.01〜1μmの範囲である。導電材の粒径がこの範囲にあると、より少ない使用量で電気化学素子用電極の高い導電性が得られる。導電材として、具体的には、ファーネスブラック、アセチレンブラック、及びケッチェンブラック(アクゾノーベル ケミカルズ ベスローテン フェンノートシャップ社の登録商標)などの導電性カーボンブラック;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛;が挙げられる。これらの中でも、導電性カーボンブラックが好ましく、アセチレンブラックおよびファーネスブラックがより好ましい。これらの導電材は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。   The conductive material is made of a particulate carbon material that has conductivity and does not have pores that can form an electric double layer, and improves the conductivity of the electrode for an electrochemical element. The conductive material has a weight average particle diameter of the above graphite particles having a small weight average particle diameter, and is usually in the range of 0.001 to 10 μm, preferably 0.05 to 5 μm, more preferably 0.01 to 1 μm. It is. When the particle size of the conductive material is within this range, high conductivity of the electrode for an electrochemical element can be obtained with a smaller amount of use. Specific examples of the conductive material include conductive carbon black such as furnace black, acetylene black, and ketjen black (registered trademark of Akzo Nobel Chemicals Bethloten Fennaut Shap); graphite such as natural graphite and artificial graphite. It is done. Among these, conductive carbon black is preferable, and acetylene black and furnace black are more preferable. These conductive materials can be used alone or in combination of two or more.

導電材の量は、電極活物質100重量部に対して、通常0.1〜50重量部、好ましくは0.5〜15重量部、より好ましくは1〜10重量部の範囲である。導電材の量がこの範囲にある電極を使用することによって、電気化学素子の容量を高く且つ内部抵抗を低くすることができる。   The amount of the conductive material is usually 0.1 to 50 parts by weight, preferably 0.5 to 15 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. By using an electrode in which the amount of the conductive material is within this range, the capacity of the electrochemical element can be increased and the internal resistance can be decreased.

結着剤は、結着力を有する化合物である。結着剤としては、分散型結着剤が好ましい。分散型結着剤とは、溶媒に分散する性質のある結着剤であり、例えば、フッ素系重合体、ジエン系重合体、アクリレート系重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン等の高分子化合物が挙げられ、より好ましくはフッ素系重合体、ジエン系重合体、及びアクリレート系重合体が挙げられる。これら結着剤は単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。   The binder is a compound having a binding force. As the binder, a dispersion type binder is preferable. The dispersion type binder is a binder having a property of being dispersed in a solvent, and examples thereof include polymer compounds such as a fluorine polymer, a diene polymer, an acrylate polymer, polyimide, polyamide, and polyurethane. More preferred are fluorine-based polymers, diene-based polymers, and acrylate-based polymers. These binders can be used alone or in combination of two or more.

フッ素系重合体はフッ素原子を含む単量体単位を含有する重合体である。フッ素系重合体中のフッ素を含有する単量体単位の割合は通常50重量%以上である。フッ素系重合体の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂が挙げられ、ポリテトラフルオロエチレンが好ましい。   The fluorine-based polymer is a polymer containing a monomer unit containing a fluorine atom. The ratio of the monomer unit containing fluorine in the fluoropolymer is usually 50% by weight or more. Specific examples of the fluorine-based polymer include fluorine resins such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene is preferable.

ジエン系重合体は、ブタジエン、イソプレンなどの共役ジエン由来の単量体単位を含む重合体及びその水素添加物である。ジエン系重合体中の共役ジエン由来の単量体単位の割合は通常40重量%以上、好ましくは50重量%以上、より好ましくは60重量%以上である。具体的には、ポリブタジエンやポリイソプレンなどの共役ジエン単独重合体;カルボキシ変性されていてもよいスチレン・ブタジエン共重合体(SBR)などの芳香族ビニル・共役ジエン共重合体;アクリロニトリル・ブタジエン共重合体(NBR)などのシアン化ビニル・共役ジエン共重合体;水素化SBR、水素化NBRなどが挙げられる。   The diene polymer is a polymer containing a conjugated diene-derived monomer unit such as butadiene or isoprene, and a hydrogenated product thereof. The proportion of conjugated diene-derived monomer units in the diene polymer is usually 40% by weight or more, preferably 50% by weight or more, more preferably 60% by weight or more. Specifically, conjugated diene homopolymers such as polybutadiene and polyisoprene; aromatic vinyl / conjugated diene copolymers such as styrene-butadiene copolymer (SBR) which may be carboxy-modified; acrylonitrile / butadiene copolymer Examples thereof include vinyl cyanide / conjugated diene copolymers such as a combination (NBR); hydrogenated SBR, hydrogenated NBR, and the like.

アクリレート系重合体は、アクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステル由来の単量体単位を含む重合体である。アクリレート系重合体中のアクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステル由来の単量体単位の割合は通常40重量%以上、好ましくは50重量%以上、より好ましくは60重量%以上である。アクリレート系重合体の具体例としては、アクリル酸2−エチルヘキシル・メタクリル酸・アクリロニトリル・エチレングリコールジメタクリレート共重合体、アクリル酸2−エチルヘキシル・メタクリル酸・メタクリロニトリル・ジエチレングリコールジメタクリレート共重合体、アクリル酸2−エチルヘキシル・スチレン・メタクリル酸・エチレングリコールジメタクリレート共重合体、アクリル酸ブチル・アクリロニトリル・ジエチレングリコールジメタクリレート共重合体、およびアクリル酸ブチル・アクリル酸・トリメチロールプロパントリメタクリレート共重合体などの架橋型アクリレート系重合体;エチレン・アクリル酸メチル共重合体、エチレン・メタクリル酸メチル共重合体、エチレン・アクリル酸エチル共重合体、およびエチレン・メタクリル酸エチル共重合体などのエチレンと(メタ)アクリル酸エステルとの共重合体;上記エチレンと(メタ)アクリル酸エステルとの共重合体にラジカル重合性単量体をグラフトさせたグラフト重合体;などが挙げられる。なお、上記グラフト重合体に用いられるラジカル重合性単量体としては、例えば、メタクリル酸メチル、アクリロニトリル、メタクリル酸などが挙げられる。その他に、エチレン・アクリル酸共重合体、エチレン・メタクリル酸共重合体などのエチレンと(メタ)アクリル酸との共重合体等が結着剤として使用できる。尚、本発明において、「(メタ)アクリル」はアクリル及び/またはメタクリルを意味する。   The acrylate polymer is a polymer containing a monomer unit derived from an acrylate ester and / or a methacrylate ester. The proportion of monomer units derived from acrylic acid ester and / or methacrylic acid ester in the acrylate polymer is usually 40% by weight or more, preferably 50% by weight or more, more preferably 60% by weight or more. Specific examples of the acrylate polymer include 2-ethylhexyl acrylate / methacrylic acid / acrylonitrile / ethylene glycol dimethacrylate copolymer, 2-ethylhexyl acrylate / methacrylic acid / methacrylonitrile / diethylene glycol dimethacrylate copolymer, acrylic Crosslinking of 2-ethylhexyl acid / styrene / methacrylic acid / ethylene glycol dimethacrylate copolymer, butyl acrylate / acrylonitrile / diethylene glycol dimethacrylate copolymer, and butyl acrylate / acrylic acid / trimethylolpropane trimethacrylate copolymer Type acrylate polymer; ethylene / methyl acrylate copolymer, ethylene / methyl methacrylate copolymer, ethylene / ethyl acrylate copolymer, and Copolymer of ethylene and (meth) acrylic acid ester such as ethylene / ethyl methacrylate copolymer; Graft obtained by grafting a radical polymerizable monomer to the above copolymer of ethylene and (meth) acrylic acid ester Polymer; and the like. In addition, as a radically polymerizable monomer used for the said graft polymer, methyl methacrylate, acrylonitrile, methacrylic acid etc. are mentioned, for example. In addition, a copolymer of ethylene and (meth) acrylic acid such as an ethylene / acrylic acid copolymer or an ethylene / methacrylic acid copolymer can be used as a binder. In the present invention, “(meth) acryl” means acryl and / or methacryl.

これらの中で、集電体との結着性や表面平滑性に優れた活物質層が得られ、また、高静電容量で且つ低内部抵抗の電気化学素子用電極が製造できるという観点から、ジエン系重合体および架橋型アクリレート系重合体が好ましく、架橋型アクリレート系重合体が特に好ましい。   Among these, from the viewpoint that an active material layer excellent in binding property and surface smoothness with a current collector can be obtained, and an electrode for an electrochemical element having high capacitance and low internal resistance can be produced. Diene polymers and cross-linked acrylate polymers are preferred, and cross-linked acrylate polymers are particularly preferred.

また、結着剤は、電解液に対する膨潤度が小さいものが好ましい。ここでは、膨潤度の指標として、代表的な電解液であるプロピレンカーボネートに1.0mol/Lの濃度でトリエチレンモノメチルアンモニウムテトラフロロボーレートを溶解した溶液に対する膨潤度を採用するが、膨潤度はが好ましくは2以下である。膨潤度をこのような範囲にする方法としては、例えば結着剤として、溶解度パラメータ(以下SP値という)が16〜20MPa1/2、好ましくは17〜20MPa1/2である、重合体または共重合体を用いることができる。SP値が低すぎると、電解液と結着剤の親和性が低くなり、電気化学素子の内部で電極内に電解液が浸透しにくくなって電気化学素子の製造が困難になる。逆にSP値が高すぎると、結着剤が電解液に膨潤、溶解しやすくなって、電解液性に対する耐性劣ることになる。 The binder preferably has a small degree of swelling with respect to the electrolytic solution. Here, as an index of the degree of swelling, the degree of swelling with respect to a solution in which triethylene monomethyl ammonium tetrafluoroborate is dissolved at a concentration of 1.0 mol / L in propylene carbonate, which is a typical electrolyte, is employed. Preferably it is 2 or less. As a method for bringing the degree of swelling into such a range, for example, as a binder, a polymer or co-polymer having a solubility parameter (hereinafter referred to as SP value) of 16 to 20 MPa 1/2 , preferably 17 to 20 MPa 1/2 is used. A polymer can be used. If the SP value is too low, the affinity between the electrolytic solution and the binder becomes low, and the electrolytic solution hardly penetrates into the electrode inside the electrochemical device, making it difficult to manufacture the electrochemical device. On the other hand, if the SP value is too high, the binder easily swells and dissolves in the electrolytic solution, resulting in poor resistance to electrolytic properties.

ここで、SP値は、J.Brandrup,E.H.ImmergutおよびE.A.Grulk編“Polymer Handbook” VII Solubility Parameter Values,p675−714(John Wiley & Sons社、第4版1999年発行)に記載される方法に従って求めることができる。この刊行物に記載のないものについてはSmallが提案した「分子引力定数法」に従って求めることができる。この方法は、化合物分子を構成する官能基(原子団)の特性値、すなわち、分子引力定数(G)の統計と分子容とから次式に従ってSP値(δ)を求める方法である。
δ=ΣG/V=dΣG/M
ΣG:分子引力定数Gの総計
V:比容
M:分子量
d:比重
Here, the SP value is J.P. Brandrup, E .; H. Immergut and E.M. A. It can be determined according to the method described in Grulk edition “Polymer Handbook” VII Solubility Parameter Values, p675-714 (John Wiley & Sons, 4th edition, 1999). Those not described in this publication can be determined according to the “molecular attraction constant method” proposed by Small. This method is a method for obtaining the SP value (δ) according to the following equation from the characteristic value of the functional group (atomic group) constituting the compound molecule, that is, the statistics of the molecular attractive constant (G) and the molecular volume.
δ = ΣG / V = dΣG / M
ΣG: Total of molecular attractive constant G V: Specific volume M: Molecular weight d: Specific gravity

上記の好ましい範囲のSP値を有する結着剤は、例えば、下記の、化合物(a)、化合物(b)および必要に応じて添加されるその他の単量体成分とを共重合することにより製造することができる。   The binder having the SP value in the above preferred range is produced, for example, by copolymerizing the following compound (a), compound (b) and other monomer components added as necessary. can do.

化合物(a)は、一般式(1):CH=CR−COORで表される化合物である。一般式(1)において、Rは水素原子またはメチル基を表し、Rは、アルキル基またはシクロアルキル基をあらわす。Rは、得られる共重合体のSP値が所定の範囲に入るように選定されるべきであるが、好ましくは炭素数が3〜18のアルキル基であり、より好ましくは炭素数が4〜14の、特に好ましくは炭素数が5〜12のアルキル基である。化合物(a)としては、具体的には、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸n−アミル、アクリル酸イソアミル、アクリル酸n−ヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸ノニル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ステアリルなどのアクリル酸アルキルエステル;メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸n−アミル、メタクリル酸イソアミル、メタクリル酸n−ヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸イソデシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリルなどのメタクリル酸アルキルエステル;アクリル酸イソボルニルなどのアクリル酸シクロアルキルエステル;メタクリル酸シクロヘキシルなどのメタクリル酸シクロアルキルエステル;が挙げられる。中でも、アクリル酸アルキルエステルが好ましく、アクリル酸n−ブチルやアクリル酸2−エチルヘキシルが特に好ましい。これら一般式(1)で表される化合物は、単独で用いてもよく、また2種以上を併用してもよい。共重合体中における化合物(a)由来の単量体単位の量は、共重合体のSP値が所定の範囲に入るように適宜決定されるべきであるが、通常90〜99.9質量%、好ましくは92〜99.5質量%、より好ましくは94〜99質量%である。 The compound (a) is a compound represented by the general formula (1): CH 2 ═CR 1 —COOR 2 . In the general formula (1), R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 represents an alkyl group or a cycloalkyl group. R 2 should be selected so that the SP value of the resulting copolymer falls within a predetermined range, but is preferably an alkyl group having 3 to 18 carbon atoms, more preferably 4 to 4 carbon atoms. 14 is particularly preferably an alkyl group having 5 to 12 carbon atoms. As the compound (a), specifically, ethyl acrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, t-butyl acrylate, n-amyl acrylate, isoamyl acrylate, Acrylic acid alkyl esters such as n-hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, hexyl acrylate, nonyl acrylate, lauryl acrylate, stearyl acrylate; ethyl methacrylate, propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-methacrylate Butyl, isobutyl methacrylate, t-butyl methacrylate, n-amyl methacrylate, isoamyl methacrylate, n-hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, octyl methacrylate, isodecyl methacrylate, Include; cycloalkyl methacrylate esters such as cyclohexyl methacrylate, acrylic acid cycloalkyl esters such as isobornyl acrylate; lauryl acrylic acid, tridecyl methacrylate, alkyl esters such as stearyl methacrylate. Among these, acrylic acid alkyl esters are preferable, and n-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate are particularly preferable. These compounds represented by the general formula (1) may be used alone or in combination of two or more. The amount of the monomer unit derived from the compound (a) in the copolymer should be appropriately determined so that the SP value of the copolymer falls within a predetermined range, but usually 90 to 99.9% by mass. , Preferably it is 92-99.5 mass%, More preferably, it is 94-99 mass%.

化合物(b)としては、多官能エチレン性不飽和化合物が用いられる。多官能エチレン性不飽和化合物を添加することによって、化学素子の電極の電解液に対する耐性を向上させることができる。多官能エチレン性不飽和化合物とは、重合可能なエチレン性基を2個以上有する化合物のことであり、例えば、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレートなどのジメタクリル酸エステル類;ジエチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールアクリレート、1,4−ブタンジオールアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールアクリレート、1,9−ノナンジオールアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレートなどのジアクリル酸エステル類;ジビニルベンゼンなどのジビニル化合物;等の二官能エチレン性不飽和化合物や、トリメチロールプロパントリメタクリレートなどのトリメタクリル酸エステル類;トリメチロールプロパントリアクリレートなどのトリアクリル酸エステル類;等の三官能エチレン性不飽和化合物などが挙げられる。得られる共重合体の結着性の点から、化合物(b)としては、二官能エチレン性不飽和化合物が好ましい。   A polyfunctional ethylenically unsaturated compound is used as the compound (b). By adding a polyfunctional ethylenically unsaturated compound, the resistance of the electrode of the chemical element to the electrolyte can be improved. The polyfunctional ethylenically unsaturated compound is a compound having two or more polymerizable ethylenic groups, such as ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, 1,3-butylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate. Dimethacrylic acid esters such as methacrylate; diethylene glycol diacrylate, 1,3-butylene glycol diacrylate, tripropylene glycol acrylate, 1,4-butanediol acrylate, neopentyl glycol diacrylate, 1,6-hexanediol acrylate, 1 , 9-nonanediol acrylate, diacrylic acid esters such as polyethylene glycol diacrylate; divinyl compounds such as divinylbenzene; And ethylenic unsaturated compounds, tri methacrylates such as trimethylolpropane trimethacrylate; triacrylate esters such as trimethylol propane triacrylate; trifunctional ethylenically unsaturated compounds, such as and the like. From the viewpoint of the binding properties of the resulting copolymer, the compound (b) is preferably a bifunctional ethylenically unsaturated compound.

共重合体中における化合物(b)由来の単量体単位の量は、共重合体のSP値が所定の範囲に入るように適宜決定される。化合物(b)由来の単量体単位の量が多すぎると結着剤の結着性が低下してしまうという問題があるため、通常0.1〜10質量%、好ましくは0.5〜8質量%、より好ましくは1〜6質量%である。   The amount of the monomer unit derived from the compound (b) in the copolymer is appropriately determined so that the SP value of the copolymer falls within a predetermined range. When the amount of the monomer unit derived from the compound (b) is too large, there is a problem that the binding property of the binder is lowered, so that it is usually 0.1 to 10% by mass, preferably 0.5 to 8%. It is 1 mass%, More preferably, it is 1-6 mass%.

共重合体を製造するための他の成分として、化合物(a)および化合物(b)の他に、他の単量体成分も用いることができる。他の単量体成分の代表的なものとして、エチレン不飽和カルボン酸(c)が挙げられる。   In addition to the compound (a) and the compound (b), other monomer components can also be used as other components for producing the copolymer. Typical examples of other monomer components include ethylenically unsaturated carboxylic acid (c).

エチレン不飽和カルボン酸(c)の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸などのエチレン性不飽和モノカルボン酸;マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、グルタコン酸、イタコン酸などのエチレン性不飽和ジカルボン酸;等が挙げられる。中でもアクリル酸、メタクリル酸などのエチレン性不飽和モノカルボン酸が好ましい。これらを添加することによって、結着性をより向上させることができる。共重合体におけるエチレン不飽和カルボン酸(c)由来の単量体単位の量は、好ましくは0.1〜9.9質量%、より好ましくは1〜9.9質量%、さらに好ましくは2〜7質量%である。   Examples of the ethylenically unsaturated carboxylic acid (c) include ethylenically unsaturated monocarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid and isocrotonic acid; maleic acid, fumaric acid, citraconic acid, mesaconic acid, glutaconic acid, itaconic And ethylenically unsaturated dicarboxylic acids such as acids. Of these, ethylenically unsaturated monocarboxylic acids such as acrylic acid and methacrylic acid are preferred. By adding these, the binding property can be further improved. The amount of the monomer unit derived from the ethylenically unsaturated carboxylic acid (c) in the copolymer is preferably 0.1 to 9.9% by mass, more preferably 1 to 9.9% by mass, and still more preferably 2 to 2%. 7% by mass.

上記エチレン不飽和カルボン酸(c)の他にも、他の単量体成分として、本発明の効果を損なわない範囲において、その他の共重合可能な単量体単位を用いてもよい。上記共重合可能な単量体としては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテンなどの1−オレフィン;例えば、1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、2,3−ペンタジエン、イソプレン、1,3−ヘキサジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−エチル−1,3−ブタジエン、1,3−ヘプタジエン等の共役ジエン;クロトン酸メチル、クロトン酸エチル、クロトン酸プロピル、クロトン酸ブチル、クロトン酸イソブチル、クロトン酸n−アミル、クロトン酸イソアミル、クロトン酸n−ヘキシル、クロトン酸2−エチルヘキシル、クロトン酸ヒドロキシプロピルなどのクロトン酸エステル;マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジブチル、マレイン酸ジ−2−エチルヘキシルなどのマレイン酸エステル;フマル酸ジメチル、フマル酸ジブチルなどのフマル酸ジエステル;イタコン酸ジメチル、イタコン酸ジブチルなどのイタコン酸エステル;が挙げられる。これらの単量体は2種以上併用してもよく、これらの単量体由来の単量体単位の量の合計は共重合体中8質量%以下であり、好ましくは5質量%以下である。   In addition to the above-mentioned ethylenically unsaturated carboxylic acid (c), other copolymerizable monomer units may be used as other monomer components as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of the copolymerizable monomer include 1-olefins such as ethylene, propylene, and 1-butene; for example, 1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 2,3-pentadiene, isoprene, 1, Conjugated dienes such as 3-hexadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-ethyl-1,3-butadiene, 1,3-heptadiene; methyl crotonate, ethyl crotonate, propyl crotonate, crotonic acid Crotonic esters such as butyl, isobutyl crotonate, n-amyl crotonate, isoamyl crotonate, n-hexyl crotonate, 2-ethylhexyl crotonate, hydroxypropyl crotonate; dimethyl maleate, dibutyl maleate, di-maleate Maleic acid esters such as 2-ethylhexyl; dimethyl difumarate , Fumaric acid diesters, such as dibutyl fumarate; dimethyl itaconate, itaconic acid esters such as dibutyl itaconate; and the like. Two or more of these monomers may be used in combination, and the total amount of monomer units derived from these monomers is 8% by mass or less, preferably 5% by mass or less in the copolymer. .

このような共重合体の製法は特に限定されず、例えば、乳化重合法、懸濁重合法、分散重合法または溶液重合法などの公知の重合法により前記の各単量体を重合して得ることができる。中でも、乳化重合法で製造することが、共重合体の粒子径の制御が容易であるので好ましい。その際、集電体の腐食の原因となるアルカリ金属イオンの混入をなるべく減らすために、重合用脱イオン水中のアルカリ金属イオン含有量を減らしたり、重合開始剤や乳化剤等の重合副資材としてアルカリ金属を含まないものを用いたりすることが好ましい。共重合体のガラス転移温度は、好ましくは10℃以下であり、さらに好ましくは0℃以下であり、特に好ましくは−20℃以下である。ガラス転移温度が高すぎると柔軟性が低下し、電気化学素子用電極を製造するための捲回時にクラックが生じやすくなる。   The method for producing such a copolymer is not particularly limited. For example, the copolymer is obtained by polymerizing each of the above monomers by a known polymerization method such as an emulsion polymerization method, a suspension polymerization method, a dispersion polymerization method, or a solution polymerization method. be able to. Among these, it is preferable to produce by an emulsion polymerization method because the particle diameter of the copolymer can be easily controlled. At that time, in order to reduce the contamination of the alkali metal ions that cause the corrosion of the current collector as much as possible, the alkali metal ion content in the deionized water for polymerization is reduced, or an alkali is used as a polymerization auxiliary material such as a polymerization initiator or an emulsifier. It is preferable to use one not containing metal. The glass transition temperature of the copolymer is preferably 10 ° C. or lower, more preferably 0 ° C. or lower, and particularly preferably −20 ° C. or lower. If the glass transition temperature is too high, the flexibility is lowered, and cracks are likely to occur during winding for producing an electrode for an electrochemical element.

このような共重合体は、テトラヒドロフラン(THF)に対する不溶分を、30質量%以上、好ましくは30〜98質量%、さらに好ましくは40〜95質量%含有することが好ましい。THF不溶分がこの範囲であると、耐電解液性が向上し、かつ、バインダーが活物質表面を覆って内部抵抗が増加することを抑制することができる。ここで、THFに対する不溶分とは、THF20ミリリットルに対して、ポリマー0.2gを温度25℃で72時間浸漬した後、80メッシュの篩で濾過し、篩上成分を乾燥して求めた質量の、元のポリマー質量0.2gに対する百分率で表した値である。このような共重合体は、通常は水又は有機溶媒に分散又は溶解して用いられ、好ましくは水分散体として用いられる。   Such a copolymer preferably contains 30% by mass or more, preferably 30 to 98% by mass, more preferably 40 to 95% by mass, of an insoluble content in tetrahydrofuran (THF). When the THF-insoluble content is within this range, the electrolytic solution resistance can be improved, and the increase in internal resistance due to the binder covering the active material surface can be suppressed. Here, the insoluble matter in THF is the mass obtained by immersing 0.2 g of polymer in 20 ml of THF at a temperature of 25 ° C. for 72 hours, filtering through an 80 mesh sieve, and drying the components on the sieve. The value is expressed as a percentage with respect to 0.2 g of the original polymer mass. Such a copolymer is usually used after being dispersed or dissolved in water or an organic solvent, and is preferably used as an aqueous dispersion.

本発明に用いる結着剤は、乾式法での使用に適したものであれば、その形状によって特に制限はないが、結着性が良く、また、作成した電極の静電容量の低下や充放電の繰り返しによる劣化を抑えることができるため、粒子状であることが好ましい。粒子状の結着剤としては、例えば、ラテックスのように、結着剤の粒子が溶媒に分散した状態(分散液)のものや、このような分散液を乾燥して得られる粉末状のものが挙げられる。   The binding agent used in the present invention is not particularly limited depending on its shape as long as it is suitable for use in a dry method, but has good binding properties, and lowers or recharges the capacitance of the prepared electrode. Since deterioration due to repeated discharge can be suppressed, it is preferably in the form of particles. Examples of the particulate binder include, for example, latex in which the binder particles are dispersed in a solvent (dispersion), and powder obtained by drying such a dispersion. Is mentioned.

また、本発明に用いる結着剤は、2種以上の単量体混合物を段階的に重合することにより得られるコアシェル構造を有する粒子であっても良い。コアシェル構造を有する結着剤は、第一段目の重合体を与える単量体をまず重合しシード粒子を得、このシード粒子の存在下に、第二段目となる重合体を与える単量体を重合することにより製造することが好ましい。上記コアシェル構造を有する結着剤のコアとシェルの割合は、特に限定されないが、質量比でコア部:シェル部が通常50:50〜99:1、好ましくは60:40〜99:1、より好ましくは70:30〜99:1である。コア部及びシェル部を構成する高分子化合物は上記の高分子化合物の中から選択できる。コア部とシェル部は、その一方が0℃未満のガラス転移温度を有し、他方が0℃以上のガラス転移温度を有するものであることが好ましい。また、コア部とシェル部とのガラス転移温度の差は、通常20℃以上、好ましくは50℃以上である。   Further, the binder used in the present invention may be particles having a core-shell structure obtained by stepwise polymerization of a mixture of two or more monomers. A binder having a core-shell structure is obtained by first polymerizing a monomer that gives the first-stage polymer to obtain seed particles, and in the presence of the seed particles, a single quantity that gives the second-stage polymer. It is preferable to manufacture by polymerizing the body. The ratio between the core and the shell of the binder having the core-shell structure is not particularly limited, but the core part: shell part is usually 50:50 to 99: 1, preferably 60:40 to 99: 1 by mass ratio. Preferably it is 70: 30-99: 1. The polymer compound constituting the core part and the shell part can be selected from the above polymer compounds. It is preferable that one of the core part and the shell part has a glass transition temperature of less than 0 ° C and the other has a glass transition temperature of 0 ° C or higher. Moreover, the difference of the glass transition temperature of a core part and a shell part is 20 degreeC or more normally, Preferably it is 50 degreeC or more.

本発明に用いる結着剤は、粒子状であることが好ましく、結着剤が粒子状である場合、その平均粒子径によって格別な限定はないが、通常は0.0001〜100μm、好ましくは0.001〜10μm、より好ましくは0.01〜1μmの平均粒子径を有するものである。結着剤の平均粒子径がこの範囲であるときは、少量の結着剤の使用でも優れた結着力を活物質層に与えることができる。ここで、平均粒子径は、透過型電子顕微鏡写真で無作為に選んだ結着剤粒子100個の径を測定し、その算術平均値として算出される個数平均粒子径である。粒子の形状は球形、異形、どちらでもかまわない。結着剤の使用量は、電極活物質100重量部に対して、通常は0.1〜50重量部、好ましくは0.5〜20重量部、より好ましくは1〜10重量部の範囲である。   The binder used in the present invention is preferably in the form of particles. When the binder is in the form of particles, there is no particular limitation depending on the average particle diameter, but usually 0.0001 to 100 μm, preferably 0. It has an average particle diameter of 0.001 to 10 μm, more preferably 0.01 to 1 μm. When the average particle size of the binder is within this range, an excellent binding force can be imparted to the active material layer even when a small amount of the binder is used. Here, the average particle diameter is a number average particle diameter calculated as an arithmetic average value obtained by measuring the diameter of 100 binder particles randomly selected in a transmission electron micrograph. The shape of the particles can be either spherical or irregular. The amount of the binder used is usually in the range of 0.1 to 50 parts by weight, preferably 0.5 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. .

結着剤として、分散型樹脂のほかに、さらに溶解型樹脂を用いることができ、これを併用することが好ましい。この溶解型樹脂は、溶媒に溶解する樹脂であり、好適には電極活物質、導電材等を溶媒に均一に分散させる作用をさらに有するものである。溶解型樹脂は結着力を有していてもいなくても良い。溶解型樹脂としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロースおよびヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース系ポリマー、ならびにこれらのアンモニウム塩またはアルカリ金属塩;ポリ(メタ)アクリル酸ナトリウムなどのポリ(メタ)アクリル酸塩;ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド;ポリビニルピロリドン、ポリカルボン酸、酸化スターチ、リン酸スターチ、カゼイン、各種変性デンプン、キチン、キトサン誘導体などが挙げられる。これらの溶解型樹脂は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。中でも、セルロース系ポリマーが好ましく、カルボキシメチルセルロースまたはそのアンモニウム塩もしくはアルカリ金属塩が特に好ましい。溶解型樹脂の使用量は、格別な限定はないが、電極活物質100重量部に対して、通常は0.1〜10重量部、好ましくは0.5〜5重量部、より好ましくは0.8〜2重量部の範囲である。溶解型樹脂を用いることで、活物質層形成用組成物をスラリーとする場合のスラリー中の固形分の沈降や凝集を抑制できる。また、活物質層形成用組成物を噴霧乾燥する際のアトマイザーの詰まりを防止することができるので、噴霧乾燥を安定して複合粒子を連続的に行うことができる。   As the binder, in addition to the dispersible resin, a soluble resin can be used, and it is preferable to use this in combination. This soluble resin is a resin that dissolves in a solvent, and preferably further has an action of uniformly dispersing an electrode active material, a conductive material, and the like in the solvent. The dissolving resin may or may not have a binding force. Examples of the soluble resin include cellulosic polymers such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose and hydroxypropylcellulose, and ammonium salts or alkali metal salts thereof; poly (meth) acrylates such as sodium poly (meth) acrylate; polyvinyl Examples include alcohol, modified polyvinyl alcohol, polyethylene oxide; polyvinyl pyrrolidone, polycarboxylic acid, oxidized starch, phosphate starch, casein, various modified starches, chitin, and chitosan derivatives. These soluble resins can be used alone or in combination of two or more. Among these, a cellulose polymer is preferable, and carboxymethyl cellulose or an ammonium salt or an alkali metal salt thereof is particularly preferable. The use amount of the soluble resin is not particularly limited, but is usually 0.1 to 10 parts by weight, preferably 0.5 to 5 parts by weight, and more preferably 0.8 to 100 parts by weight of the electrode active material. It is in the range of 8 to 2 parts by weight. By using the soluble resin, it is possible to suppress sedimentation or aggregation of solids in the slurry when the composition for forming an active material layer is used as a slurry. Moreover, since the clogging of the atomizer at the time of spray-drying the composition for forming an active material layer can be prevented, the composite particles can be continuously performed with stable spray-drying.

複合粒子を製造するにあたり、以上の成分の他に、さらに必要に応じてその他の添加剤を追加して用いることもできる。その他の添加剤としては、例えば、界面活性剤がある。界面活性剤としては、アニオン性、カチオン性、およびノニオン性やノニオニックアニオンなどの両性の、界面活性剤が挙げられるが、中でもアニオン性またはノニオン性界面活性剤で、熱分解しやすいものが好ましい。界面活性剤の量は、格別な限定はないが、電極活物質100重量部に対して0〜50重量部、好ましくは0.1〜10重量部、より好ましくは0.5〜5重量部の範囲である。   In producing the composite particles, in addition to the above components, other additives may be additionally used as necessary. Examples of other additives include a surfactant. Surfactants include anionic, cationic, and amphoteric surfactants such as nonionic and nonionic anions. Among them, anionic or nonionic surfactants that are easily thermally decomposed are used. preferable. The amount of the surfactant is not particularly limited, but is 0 to 50 parts by weight, preferably 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. It is a range.

複合粒子は、例えば次に述べる二つの製造方法によって、製造することができる。   The composite particles can be produced, for example, by the following two production methods.

第一の製造方法は、流動層造粒法と呼ばれる製造方法で、電極活物質と他の成分を別々に供給して造粒する方法である。この方法は、導電材および結着剤、並びに必要に応じて添加するその他添加剤を含有する活物質層形成用組成物をスラリーAとする工程、黒鉛を必須成分とする電極活物質を流動化させ、そこに前記スラリーAを噴霧して、流動造粒する工程、及び前記流動造粒工程で得られた粒子を転動造粒する工程を有するものである。先ず導電材、結着剤、及び必要に応じて溶解型樹脂及びその他添加剤を含有するスラリーAを得る。スラリーAを得るために用いる溶媒として、通常水が用いられるが、有機溶媒を用いることもできる。有機溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコールなどのアルキルアルコール類;アセトン、メチルエチルケトンなどのアルキルケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグライム等のエーテル類;ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPということがある。)、ジメチルイミダゾリジノン等のアミド類;ジメチルスルホキサイド、スルホラン等のイオウ系溶剤;などが挙げられるが、アルコール類が好ましい。水よりも沸点の低い有機溶媒を併用すると、流動造粒時に、乾燥速度を速くすることができる。また、結着剤の分散性又は溶解型樹脂の溶解性が変るので、スラリーAの粘度や流動性を有機溶媒の量又は種類によって調製できるので、生産効率を向上させることができる。スラリーAを調製するときに使用する溶媒の量は、スラリーAの固形分濃度が、通常は1〜50重量%、好ましくは5〜50重量%、より好ましくは10〜30重量%の範囲となるような量である。固形分濃度がこの範囲にあるときに、結着剤が均一に分散するため好適である。   The first production method is a production method called a fluidized bed granulation method, in which an electrode active material and other components are separately supplied and granulated. In this method, a process for forming a composition for forming an active material layer containing a conductive material, a binder, and other additives to be added as necessary, in a slurry A, fluidizing an electrode active material containing graphite as an essential component The slurry A is sprayed thereon and fluidized and granulated, and the particles obtained in the fluidized granulation step are tumbled and granulated. First, a slurry A containing a conductive material, a binder, and, if necessary, a soluble resin and other additives is obtained. As a solvent used for obtaining the slurry A, water is usually used, but an organic solvent can also be used. Examples of the organic solvent include alkyl alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol and propyl alcohol; alkyl ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as tetrahydrofuran, dioxane and diglyme; diethylformamide, dimethylacetamide and N-methyl- Examples include 2-pyrrolidone (hereinafter sometimes referred to as NMP) and amides such as dimethylimidazolidinone; sulfur solvents such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; and alcohols are preferable. When an organic solvent having a lower boiling point than water is used in combination, the drying rate can be increased during fluid granulation. In addition, since the dispersibility of the binder or the solubility of the soluble resin changes, the viscosity and fluidity of the slurry A can be adjusted depending on the amount or type of the organic solvent, so that the production efficiency can be improved. The amount of the solvent used when preparing the slurry A is such that the solid content concentration of the slurry A is usually in the range of 1 to 50% by weight, preferably 5 to 50% by weight, more preferably 10 to 30% by weight. It is an amount like this. When the solid content concentration is in this range, the binder is preferably dispersed uniformly.

前記導電材及び結着剤を溶媒に分散又は溶解する方法又は手順は特に限定されず、例えば、溶媒に導電材、結着剤を添加し混合する方法;並びに、結着剤として分散型樹脂と溶解型樹脂の両方を用い、溶媒に溶解型樹脂を溶解した後、溶媒に分散させた分散型樹脂(例えば、ラテックス状)を添加して混合し、最後に導電材を添加して混合する方法、および導電材を溶媒に溶解させた溶解型樹脂に添加して混合し、それに溶媒に分散させた分散型樹脂を添加して混合する方法などが挙げられる。混合の手段としては、例えば、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサーなどの混合機器が挙げられる。混合は、通常、室温〜80℃の範囲で、10分〜数時間行う。   A method or a procedure for dispersing or dissolving the conductive material and the binder in a solvent is not particularly limited. For example, a method of adding a conductive material and a binder to a solvent and mixing them; and a dispersion resin as a binder A method in which both a soluble resin and a soluble resin are dissolved in a solvent, then a dispersed resin (for example, latex) dispersed in the solvent is added and mixed, and finally a conductive material is added and mixed. And a method in which a conductive material is added to and mixed with a soluble resin dissolved in a solvent, and a dispersion resin dispersed in a solvent is added thereto and mixed. Examples of the mixing means include mixing equipment such as a ball mill, a sand mill, a bead mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, and a planetary mixer. Mixing is usually performed in the range of room temperature to 80 ° C. for 10 minutes to several hours.

次に電極活物質を流動化させ、そこに前記スラリーAを噴霧して、流動造粒する。流動造粒としては、流動層によるもの、変形流動層によるもの、噴流層によるものなどが挙げられる。流動層によるものは、熱風で電極活物質を流動化させ、これにスプレー等から前記スラリーAを噴霧して凝集造粒を行う方法である。変形流動層によるものは、前記流動層と同様であるが、層内の粉体に循環流を与え、かつ分級効果を利用して比較的大きく成長した造粒物を排出させる方法である。また、噴流層によるものは、噴流層の特徴を利用して粗い粒子にスプレー等からのスラリーAを付着させ、同時に乾燥させながら造粒する方法である。本発明の製法としては、この3つ方式のうち流動層又は変形流動層によるものが好ましい。噴霧されるスラリーの温度は、通常は室温であるが、加温して室温以上にしたものであってもよい。流動化に用いる熱風の温度は、通常80〜300℃、好ましくは100〜200℃である。流動造粒で得られる粒子Aは、熱風で完全に乾燥したものであってもよいが、次の転動造粒工程での造粒効率を上げるために、湿潤状態にあるものであることが好ましい。   Next, the electrode active material is fluidized, and the slurry A is sprayed thereon for fluid granulation. Examples of fluidized granulation include a fluidized bed, a deformed fluidized bed, and a spouted bed. In the fluidized bed method, the electrode active material is fluidized with hot air, and the slurry A is sprayed onto the material by spraying or the like to perform agglomeration and granulation. The modified fluidized bed is the same as the fluidized bed, but is a method of giving a circulating flow to the powder in the bed and discharging the granulated material that has grown relatively large by using the classification effect. In addition, the method using the spouted bed is a method in which the slurry A from a spray or the like is attached to coarse particles using the characteristics of the spouted bed and granulated while drying simultaneously. As the production method of the present invention, a fluidized bed or a deformed fluidized bed is preferred among these three methods. The temperature of the slurry to be sprayed is usually room temperature, but may be heated to room temperature or higher. The temperature of the hot air used for fluidization is usually 80 to 300 ° C, preferably 100 to 200 ° C. The particles A obtained by fluid granulation may be completely dried with hot air, but in order to increase the granulation efficiency in the next rolling granulation step, the particles A may be in a wet state. preferable.

次いで前記流動造粒工程で得られた粒子Aを導電材及び結着剤を含有するスラリーAの存在下に転動造粒する。なお、転動造粒に用いるスラリーAは、導電材及び結着剤を含有するものであればよく、流動造粒で用いたスラリーAと同一のものであっても異なっているものであってもよい。転動造粒には、回転ざら方式、回転円筒方式、回転頭切り円錐方式などの方式がある。回転ざら方式は、傾斜した回転ざら内に供給した粒子Aに前記スラリーAを噴霧して凝集造粒物を生成させ、かつ回転ざらの分級効果を利用して比較的大きく成長した造粒物をリムより排出させる方式である。回転円筒方式は、傾斜した回転円筒に湿潤した粒子Aを供給し、これを円筒内で転動運動させ、前記スラリーAを噴霧して凝集造粒物を得る方式である。回転頭切り円錐方式は、回転円筒の操作方式と同様であるが、頭切円錐形により凝集造粒物の分級効果を利用しつつ比較的大きく成長した造粒物を排出させる方式である。この転動造粒工程では、主に被覆造粒が行われ、一部で凝集造粒が行われる。転動造粒時の温度は特に制限されないが、スラリーAを構成している溶媒を除去するために、通常は80〜300℃、好ましくは100〜200℃で行う。さらに、複合粒子から残留溶媒を除去するために、転動造粒の後、必要に応じて乾燥することができる。   Next, the particles A obtained in the fluidized granulation step are tumbled and granulated in the presence of the slurry A containing a conductive material and a binder. In addition, the slurry A used for rolling granulation should just contain a conductive material and a binder, and even if it is the same as the slurry A used in fluid granulation, it is different. Also good. There are various types of rolling granulation, such as a rotating coarse method, a rotating cylindrical method, and a rotating truncated cone method. In the rotary coarse method, the slurry A is sprayed on the particles A supplied into the inclined rotary finer to produce an agglomerated granulated product, and a granulated product that has grown relatively large by utilizing the classification effect of the rotary coarser. It is a method of discharging from the rim. The rotating cylinder system is a system in which wet particles A are supplied to an inclined rotating cylinder, and the particles A are rolled in the cylinder, and the slurry A is sprayed to obtain an agglomerated granulated product. The rotating truncated cone method is the same as the operating method of the rotating cylinder, but is a method in which the granulated material that has grown relatively large is discharged by utilizing the classification effect of the aggregated granulated material by the truncated cone shape. In this rolling granulation step, coating granulation is mainly performed, and agglomeration granulation is partially performed. Although the temperature at the time of rolling granulation is not specifically limited, in order to remove the solvent which comprises the slurry A, it is normally performed at 80-300 degreeC, Preferably it is 100-200 degreeC. Furthermore, in order to remove the residual solvent from the composite particles, it can be dried as necessary after rolling granulation.

以上の方法によって、電極活物質、導電材及び結着剤を含む複合粒子が得られる。この複合粒子は、電極活物質および導電材が結着剤により結着されており、好ましくは、複合粒子外層部が平均粒子径の比較的小さい電極活物質及び/又は導電材が結着したもので形成され、複合粒子内層部が平均粒子径の比較的大きい電極活物質及び/又は導電材が結着したもので形成されている。   By the above method, composite particles containing an electrode active material, a conductive material, and a binder can be obtained. In this composite particle, an electrode active material and a conductive material are bound by a binder, and preferably, a composite particle outer layer portion is bound by an electrode active material and / or a conductive material having a relatively small average particle diameter. The composite particle inner layer is formed by binding an electrode active material and / or a conductive material having a relatively large average particle diameter.

第二の製造方法は、噴霧乾燥造粒法と呼ばれる方法であり、複合粒子に必要な成分を全て含む(電極活物質、導電材及び結着剤を含有する)スラリーBを得る工程、及び前記スラリーBをピン型アトマイザーで噴霧乾燥して、噴霧造粒する工程を有するものである。   The second production method is a method called spray-drying granulation method, a step of obtaining slurry B (containing electrode active material, conductive material and binder) containing all necessary components for composite particles, and The slurry B is spray-dried with a pin-type atomizer and spray granulated.

先ず、前記の、電極活物質、導電材、結着剤、および必要に応じて使用されるその他の添加剤を溶媒に分散又は溶解して、各成分が分散又は溶解されてなるスラリーBを得る。スラリーBを得るために用いる溶媒としては、前記第一の製造方法で挙げたものと同じものを挙げることができる。スラリーBを調製するときに使用する溶媒の量は、スラリーBの固形分濃度が、通常は1〜50重量%、好ましくは5〜50重量%、より好ましくは10〜30重量%の範囲となるような量である。   First, the electrode active material, the conductive material, the binder, and other additives used as necessary are dispersed or dissolved in a solvent to obtain a slurry B in which each component is dispersed or dissolved. . Examples of the solvent used for obtaining the slurry B include the same solvents as those mentioned in the first production method. The amount of the solvent used when preparing the slurry B is such that the solid content concentration of the slurry B is usually in the range of 1 to 50% by weight, preferably 5 to 50% by weight, more preferably 10 to 30% by weight. It is an amount like this.

前記の、電極活物質、導電材、結着剤、溶解型樹脂及びその他の添加剤を水に分散又は溶解する方法又は手順は特に限定されず、例えば、水に電極活物質、導電材、結着剤を添加し混合する方法;並びに、結着剤として、分散型樹脂と溶解型樹脂を用い、水に溶解型樹脂を溶解した後、水に分散させた分散型樹脂(例えば、ラテックス状)を添加して混合し、最後に電極活物質及び導電材を添加して混合する方法、および電極活物質及び導電材を水に分散させた分散型樹脂に添加して混合し、それに水に溶解させた溶解型樹脂を添加して混合する方法などが挙げられる。混合の手段としては、例えば、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサーなどの混合機器が挙げられる。混合は、通常、室温〜80℃の範囲で、10分〜数時間行う。   The method or procedure for dispersing or dissolving the electrode active material, conductive material, binder, soluble resin and other additives in water is not particularly limited, and for example, the electrode active material, conductive material, binder in water. A method of adding and mixing an adhesive; and, as a binder, using a dispersion resin and a dissolution resin, dissolving the dissolution resin in water and then dispersing the dispersion resin in water (for example, latex) Add and mix, and finally add and mix the electrode active material and conductive material, and add and mix the electrode active material and conductive material in a dispersed resin dispersed in water, then dissolve in water And a method of adding and mixing the dissolved resin. Examples of the mixing means include mixing equipment such as a ball mill, a sand mill, a bead mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, and a planetary mixer. Mixing is usually performed in the range of room temperature to 80 ° C. for 10 minutes to several hours.

次に、前記スラリーBをピン型アトマイザーで噴霧乾燥して、噴霧造粒する。噴霧乾燥法は、熱風中にスラリーを噴霧して乾燥する方法である。噴霧乾燥法に用いる装置はピン型アトマイザーである。ピン型アトマイザーは、噴霧盤を用いた遠心式の噴霧装置の一種であり、該噴霧盤が上下取付円板の間にその周縁に沿ったほぼ同心円上に着脱自在に複数の噴霧用コロを取り付けたもので構成されている。スラリーBは噴霧盤中央から導入され、遠心力によって噴霧用コロに付着し、コロ表面を外側へと移動し、最後にコロ表面から離れ噴霧される。噴霧されるスラリーBの温度は、通常は室温であるが、加温して室温以上にしたものであってもよい。噴霧乾燥時の熱風温度は、通常80〜250℃、好ましくは100〜200℃である。噴霧乾燥法において、熱風の吹き込み方法は特に制限されず、例えば、熱風と噴霧方向が横方向に並流する方式、乾燥塔頂部で噴霧され熱風と共に下降する方式、噴霧した滴と熱風が向流接触する方式、噴霧した滴が最初熱風と並流し次いで重力落下して向流接触する方式などが挙げられる。   Next, the slurry B is spray-dried with a pin-type atomizer and spray-granulated. The spray drying method is a method of spraying and drying a slurry in hot air. The apparatus used for the spray drying method is a pin type atomizer. A pin-type atomizer is a type of centrifugal spraying device that uses a spraying plate, and the spraying plate has a plurality of spraying rollers removably mounted on a concentric circle along its periphery between upper and lower mounting disks. It consists of Slurry B is introduced from the center of the spray disc, adheres to the spraying roller by centrifugal force, moves outward on the roller surface, and finally sprays away from the roller surface. The temperature of the slurry B to be sprayed is usually room temperature, but may be heated to room temperature or higher. The hot air temperature at the time of spray drying is usually 80 to 250 ° C, preferably 100 to 200 ° C. In the spray drying method, the method of blowing hot air is not particularly limited. Examples include a contact method, and a method in which sprayed droplets first flow in parallel with hot air and then drop by gravity to make countercurrent contact.

図1にこのような方法で用いる、噴霧乾燥機の模式図を示す。図中、(51)はホッパー、(52)はポンプ、(54)は送風機、(55)は熱交換器、(57)は噴霧ノズル、(58)は乾燥塔、(59)は吸引機、および(62)は冷風ファンをそれぞれ表す。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a spray dryer used in such a method. In the figure, (51) is a hopper, (52) is a pump, (54) is a blower, (55) is a heat exchanger, (57) is a spray nozzle, (58) is a drying tower, (59) is a suction machine, And (62) represent cold air fans, respectively.

スラリーBを噴霧乾燥してスラリー中の溶媒が除去されることで、電極活物質、導電材、結着剤を含む複合粒子が得られる。この複合粒子は、電極活物質および導電材が結着剤により結着されており、好ましくは複合粒子外層部が平均粒子径の比較的小さい電極活物質及び/又は導電材が結着したもので形成され、複合粒子内層部が平均粒子径の比較的大きい電極活物質及び/又は導電材が結着したもので形成されている。   The slurry B is spray-dried to remove the solvent in the slurry, whereby composite particles containing an electrode active material, a conductive material, and a binder are obtained. In this composite particle, an electrode active material and a conductive material are bound by a binder, and preferably, an electrode active material and / or a conductive material having a relatively small average particle diameter in the composite particle outer layer is bound. The composite particle inner layer is formed by binding an electrode active material and / or a conductive material having a relatively large average particle diameter.

複合粒子は、外層部と内層部とからなり、外層部及び内層部が前記電極活物質及び導電材を結着剤によって結着してなるもので構成され、外層部を形成する電極活物質及び導電材の平均粒子径が、内層部を形成する電極活物質及び導電材の平均粒子径よりも小さくなっていることが好ましい。この場合、複合粒子外層部は平均粒子径の比較的小さい電極活物質及び/又は導電材が結着したもので形成される。そのため緻密で、空隙の少ない層になる。一方、複合粒子内層部は平均粒子径の比較的大きい電極活物質及び/又は導電材が結着したもので形成される。平均粒子径の比較的大きいもので形成されているので、電極活物質及び/又は導電材間の空隙が多くある層になる。   The composite particle is composed of an outer layer portion and an inner layer portion, and the outer layer portion and the inner layer portion are formed by binding the electrode active material and the conductive material with a binder, and the electrode active material forming the outer layer portion and The average particle diameter of the conductive material is preferably smaller than the average particle diameter of the electrode active material and the conductive material forming the inner layer portion. In this case, the composite particle outer layer portion is formed by binding an electrode active material and / or a conductive material having a relatively small average particle diameter. Therefore, it becomes a dense layer with few voids. On the other hand, the composite particle inner layer portion is formed by binding an electrode active material and / or a conductive material having a relatively large average particle diameter. Since it is formed of a material having a relatively large average particle diameter, the layer has many voids between the electrode active material and / or the conductive material.

導電材として、電極活物質よりも小さい粒子のものを使用すると、導電材は複合粒子外層部に多く分布し、電極活物質は複合粒子内層部に多く分布するようになる。導電材が外層部に多く分布することにより複合粒子の表面は導電性が高くなる。活物質層を形成したときに複合粒子同士が表面で接するので、電気が通りやすくなり、抵抗が低くなると考えられる。また、内層部に多く分布する電極活物質に通ずる空隙が多くあるのでイオンの移動性が良好となると考えられ、そのために容量が高くなるのであろうと推測される。   When a conductive material having a particle size smaller than that of the electrode active material is used, the conductive material is distributed more in the outer part of the composite particle, and the electrode active material is distributed more in the inner part of the composite particle. When the conductive material is distributed in a large amount in the outer layer portion, the surface of the composite particle becomes highly conductive. Since the composite particles are in contact with each other on the surface when the active material layer is formed, it is considered that electricity easily passes and resistance is lowered. In addition, since there are many voids leading to the electrode active material distributed in a large amount in the inner layer portion, it is considered that the ion mobility is improved, and it is assumed that the capacity is increased.

複合粒子は、その重量平均粒子径が、通常は0.1〜1000μm、好ましくは5〜500μm、より好ましくは10〜100μmの範囲である。   The composite particles have a weight average particle diameter of usually 0.1 to 1000 μm, preferably 5 to 500 μm, more preferably 10 to 100 μm.

<集電体>
本発明で用いる集電体は、電気化学素子用電極に用いられることが公知である集電体であれば特に制限無く用いることができる。集電体の材質としては、純アルミニウム、または、アルミニウムと、鉛、ケイ素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、クロム、亜鉛やチタンなどの他の金属との合金であるアルミニウム合金を用いることができるが、純アルミニウムが好ましく、この場合、JIS H2111に従い測定される純度が98質量%以上であるものが好ましく、99.5%以上であるものが特に好ましい。アルミニウム箔は、このような材質を用い、公知の方法により製造されるものである。厚みは特に限定されないが、通常1〜200μm、好ましくは5〜100μm、より好ましくは10〜50μmである。
<Current collector>
The current collector used in the present invention can be used without particular limitation as long as it is known to be used for electrodes for electrochemical devices. As a material for the current collector, pure aluminum or an aluminum alloy that is an alloy of aluminum and other metals such as lead, silicon, iron, copper, manganese, magnesium, chromium, zinc, and titanium can be used. However, pure aluminum is preferred. In this case, the purity measured according to JIS H2111 is preferably 98% by mass or more, and particularly preferably 99.5% or more. The aluminum foil is manufactured by a known method using such a material. Although thickness is not specifically limited, Usually, it is 1-200 micrometers, Preferably it is 5-100 micrometers, More preferably, it is 10-50 micrometers.

炭素被覆アルミニウムを集電体として用いることもでき、好ましい。炭素被覆アルミニウムは、基材としての上記のアルミニウム箔の表面に、介在層を介して、炭素含有層を設けた材料である。介在層は、基材であるアルミニウム箔の表面の少なくとも一部が、炭化され、アルミニウム元素と炭素を含む層になった部分で、アルミニウムの炭化物を含む層である。炭素含有層は、好ましくは基材であるアルミニウムの表面から繊維状またはフィラメント状に延び、アルミニウムと炭素との化合物である。この炭素含有層は、アルミニウムの粒子、炭素粒子、またはこれらの両方を含んでいてもよい。このような炭素被覆アルミニウムは、基材であるアルミニウム箔上に、カーボン粒子を結着剤なしに、アルミカーバイドウィスカーで固定する処理(アルミカーバイド処理という。)により得られるものであることが好ましい。このような処理をすることにより、アルミニウム箔上に形成されている自然酸化被膜の影響を受けることなく、集電体表面を電子伝導させることができる。   Carbon-coated aluminum can also be used as a current collector, which is preferable. Carbon-coated aluminum is a material in which a carbon-containing layer is provided on the surface of the aluminum foil as a substrate via an intervening layer. The intervening layer is a layer containing a carbide of aluminum in a portion where at least a part of the surface of the aluminum foil as a base material is carbonized to become a layer containing an aluminum element and carbon. The carbon-containing layer preferably extends in the form of a fiber or a filament from the surface of aluminum as a base material, and is a compound of aluminum and carbon. The carbon-containing layer may include aluminum particles, carbon particles, or both. Such carbon-coated aluminum is preferably obtained by a treatment (referred to as aluminum carbide treatment) in which carbon particles are fixed with an aluminum carbide whisker on a base aluminum foil without a binder. By performing such a treatment, the surface of the current collector can be electron-conducted without being affected by the natural oxide film formed on the aluminum foil.

アルミカーバイド処理は、具体的には、必要に応じて、炭素含有物質、アルミニウム粉末、またはこれらの両方を、基材であるアルミニウム箔の表面に付着させた後に、炭化水素を含む空間で加熱することによりなされる。炭素含有層の厚みは、基材であるアルミニウム箔の厚みに対して0.1倍から1000倍以下である。薄い炭素含有層を形成する場合には、基材であるアルミニウム箔の表面に何も付着させることなしに、炭化水素を含む空間中で加熱することにより、炭素被覆アルミニウムが得られるが、炭素含有層の密着性をよくすることができるため、アルミニウム箔の表面に炭素含有物質を付着させて用いることが好ましい。厚い炭素含有層を形成する場合には、基材であるアルミニウム箔の表面に炭素含有物質を付着させた後に、炭化水素を含む空間で加熱することにより、炭素被覆アルミニウムを得ることが好ましい。より厚い炭素含有層を形成する場合には、基材であるアルミニウム箔の表面に炭素含有物質とアルミニウム粉末を付着させた後に、炭化水素を含む空間で加熱することにより、炭素被覆アルミニウムを得ることが好ましい。ここで、基材であるアルミニウム箔の表面を予め、エッチングやブラスと処理により粗面化して用いてもよい。 Specifically, in the aluminum carbide treatment, if necessary, a carbon-containing substance, an aluminum powder, or both of them are attached to the surface of the aluminum foil as a base material and then heated in a space containing hydrocarbons. Is made by The thickness of the carbon-containing layer is 0.1 to 1000 times the thickness of the aluminum foil that is the base material. When a thin carbon-containing layer is formed, carbon-coated aluminum is obtained by heating in a space containing hydrocarbons without attaching anything to the surface of the aluminum foil that is the base material. Since the adhesion of the layer can be improved, it is preferable to use a carbon-containing substance attached to the surface of the aluminum foil. When forming a thick carbon-containing layer, it is preferable to obtain carbon-coated aluminum by heating in a space containing hydrocarbons after attaching a carbon-containing substance to the surface of an aluminum foil as a base material. In the case of forming a thicker carbon-containing layer, carbon-coated aluminum is obtained by heating in a space containing hydrocarbons after attaching a carbon-containing material and aluminum powder to the surface of the aluminum foil as a base material. Is preferred. Here, the surface of the aluminum foil as the base material may be used by roughening it in advance by etching, brass and treatment.

炭化水素は、特に限定されないが、メタン、エタン、プロパン、n−ブタンやi−ブタン等の直鎖または分岐鎖状の飽和炭化水素、エチレン、プロピレンや1−ブテン等の炭素炭素二重結合を一つ有する不飽和炭化水素、ブタジエンやイソプレン等の炭素炭素二重結合を二つ有する不飽和炭化水素、アセチレン等の炭素炭素三重結合を有する不飽和炭化水素、およびこれらの位置異性体等を挙げることができる。これらの中でも、直鎖または分岐鎖状の飽和炭化水素が好ましく、特に沸点の低いメタン、エタンおよびプロパンがアルミニウム箔を加熱する空間において、ガス状になりやすいので取扱いやすく好ましい。特に好ましいのはメタンである。炭化水素は液体と気体のいずれの状態で用いてもよく、前記空間中に、単独または不活性ガスとともに充填して用いることができる。前記空間の圧力は特に限定されず、常圧、減圧、加圧下のいずれであってもよい。用いる炭化水素の量は、特に限定されないが、処理しようとするアルミニウム箔100重量部に対して、通常0.1〜50重量部、好ましくは0.5〜30重量部である。   The hydrocarbon is not particularly limited, but a straight or branched saturated hydrocarbon such as methane, ethane, propane, n-butane and i-butane, and a carbon-carbon double bond such as ethylene, propylene and 1-butene. Examples include unsaturated hydrocarbons having one, unsaturated hydrocarbons having two carbon-carbon double bonds such as butadiene and isoprene, unsaturated hydrocarbons having a carbon-carbon triple bond such as acetylene, and positional isomers thereof. be able to. Among these, straight-chain or branched-chain saturated hydrocarbons are preferable, and methane, ethane, and propane having a low boiling point are particularly preferable because they easily become gaseous in a space where the aluminum foil is heated. Particularly preferred is methane. Hydrocarbons may be used in a liquid or gas state, and can be used alone or filled with an inert gas in the space. The pressure in the space is not particularly limited, and may be normal pressure, reduced pressure, or increased pressure. The amount of hydrocarbon to be used is not particularly limited, but is usually 0.1 to 50 parts by weight, preferably 0.5 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum foil to be treated.

炭素含有物質は、活性炭素繊維、活性炭クロス、活性炭フェルト、活性炭粉末、墨汁、カーボンブラックまたはグラファイトから適宜選択して用いればよい。付着方法は、必要に応じて結着剤、溶剤、または水を用いて、スラリーまたは溶液状にして、塗布または熱圧着等によりアルミニウム箔上に付着させればよい。溶剤や水等を用いた場合は必要に応じて、20〜300℃の範囲で、乾燥させてもよい。アルミニウム粉末を用いる場合は炭素含有物質100重量部に対して、通常は0.01〜10,000重量部の範囲で用いる。   The carbon-containing substance may be appropriately selected from activated carbon fiber, activated carbon cloth, activated carbon felt, activated carbon powder, black ink, carbon black, or graphite. The attachment method may be made into a slurry or solution using a binder, a solvent, or water as necessary, and attached onto the aluminum foil by coating or thermocompression bonding. When a solvent, water, or the like is used, it may be dried in the range of 20 to 300 ° C. as necessary. When aluminum powder is used, it is usually used in the range of 0.01 to 10,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon-containing substance.

上記の加熱の際の温度は、通常300℃以上であり、好ましくは450〜660℃、より好ましくは530〜620℃である。加熱時間は温度にも依存するが、通常は1〜100時間である。アルミニウム箔を加熱し冷却したあと、再度の加熱をしてもよい。再度の加熱の温度は、100〜660℃である。   The temperature at the time of the above heating is usually 300 ° C. or higher, preferably 450 to 660 ° C., more preferably 530 to 620 ° C. Although the heating time depends on the temperature, it is usually 1 to 100 hours. After heating and cooling an aluminum foil, you may heat again. The temperature of the heating again is 100 to 660 ° C.

このような好ましい炭素被覆アルミニウムは、市販されており、例えば東洋アルミ社からトーヤルカーボの製品名で入手することができる。   Such preferred carbon-coated aluminum is commercially available, for example from Toyo Aluminum under the product name Toyal Carbo.

<電気化学素子用電極>
集電体上に活物質層を形成し、必要に応じて適当な大きさに裁断することにより電気化学素子用電極が得られる。本発明では、上述の複合粒子を用い、乾式法により活物質層を形成する。乾式法とは、複合粒子を集電体上で加熱および加圧して活物質層を形成する方法である。乾式法の例としては、加圧成形法、押出成形法(ペースト押出とも言う。)などがある。加圧成形法は、活物質層形成用組成物に圧力を加えることで複合粒子の再配列、変形、破壊により緻密化を行い、活物質層を成形する方法である。押出成形法は、活物質層形成用組成物を押出成形機で押し出しフィルム、シートなどに成形する方法であり、長尺物として活物質層を連続成形することができる方法である。これらのうち、簡略な設備で行えることから、加圧成形を使用することが好ましい。加圧成形としては、例えば、複合粒子を含んでなる複合粒子をスクリューフィーダー等の供給装置でロール式加圧成形装置に供給し、活物質層を成形する方法(この方法において、集電体を複合粒子の供給と同時にロールに送り込むことによって集電体上に直接活物質層を積層することができる。)や、複合粒子を集電体上に散布し、複合粒子をブレード等でならして厚みを調整し、次いで加圧装置で成形する方法、複合粒子を金型に充填し、金型を加圧して成形する方法などがある。成形時の温度は、0〜200℃であることが好ましい。ここで、複合粒子を例えば二つのロールの間に供給して、加熱及び/または加圧することにより、別の層状物として予め形成してから、集電体と重ねてさらに加熱及び/または加圧することにより積層して電気化学素子用電極としてもよいし、複合粒子を例えば集電体とロールの間に供給して、加熱及び/または加圧することによる活物質層の形成を集電体上で行い、活物質層の形成と、活物質層と集電体の積層を同時に行ってもよい。
<Electrodes for electrochemical devices>
An electrode for an electrochemical element is obtained by forming an active material layer on a current collector and cutting it into an appropriate size as necessary. In the present invention, the active material layer is formed by the dry method using the composite particles described above. The dry method is a method of forming an active material layer by heating and pressing composite particles on a current collector. Examples of the dry method include a pressure molding method and an extrusion molding method (also referred to as paste extrusion). The pressure forming method is a method of forming an active material layer by applying pressure to the composition for forming an active material layer and densifying the composite particles by rearrangement, deformation, and destruction. The extrusion molding method is a method in which an active material layer forming composition is formed into an extruded film, sheet, or the like with an extruder, and the active material layer can be continuously formed as a long product. Among these, it is preferable to use pressure molding because it can be performed with simple equipment. As pressure molding, for example, a method of supplying composite particles containing composite particles to a roll-type pressure molding device with a supply device such as a screw feeder and forming an active material layer (in this method, a current collector is The active material layer can be laminated directly on the current collector by feeding it into the roll at the same time as the supply of the composite particles.), Or the composite particles can be dispersed on the current collector and the composite particles can be leveled with a blade or the like. There are a method of adjusting the thickness and then forming with a pressurizing device, a method of filling composite particles into a mold and pressurizing the mold, and the like. The temperature during molding is preferably 0 to 200 ° C. Here, the composite particles are supplied between, for example, two rolls and heated and / or pressed to form in advance as another layered product, and then further heated and / or pressed over the current collector. The active material layer may be formed on the current collector by heating and / or pressurizing by supplying composite particles between, for example, the current collector and the roll. The active material layer may be formed and the active material layer and the current collector may be stacked at the same time.

図2には、このような乾式法による、電気化学素子用電極の製造に適したロールプレス機の模式図を示す。図中、(1)は集電体、(2)は活物質層、(3)は複合粒子、(4)はフィーダー、および(5)はロールをそれぞれ示す。   FIG. 2 shows a schematic diagram of a roll press machine suitable for manufacturing an electrode for an electrochemical element by such a dry method. In the figure, (1) is a current collector, (2) is an active material layer, (3) is a composite particle, (4) is a feeder, and (5) is a roll.

成形した電気化学素子用電極(またはその裁断前に)の厚みのばらつきを無くし、活物質層の密度を上げて高容量化をはかるために、必要に応じて更に後加圧を行っても良い。後加圧の方法は、ロールによるプレス工程が一般的である。ロールプレス工程では、2本の円柱状のロールをせまい間隔で平行に上下にならべ、それぞれを反対方向に回転させて、その間に電極をかみこませ加圧する。ロールは加熱又は冷却等、温度調節しても良い。   In order to eliminate variations in the thickness of the molded electrode for an electrochemical element (or before cutting) and increase the density of the active material layer to increase the capacity, further post-pressurization may be performed as necessary. . The post-pressing method is generally a press process using a roll. In the roll press process, two cylindrical rolls are arranged in parallel at a narrow interval in the vertical direction, and each is rotated in the opposite direction. The temperature of the roll may be adjusted by heating or cooling.

<電気化学素子>
得られた電気化学素子用電極を、正極および/または負極の、電極として用い、必要に応じて間にセパレータを挟み、所定の電解液を封入することにより、電気化学素子が得られる。本発明によって得られる電気化学素子用電極は、特に電気化学素子の正極として用いることが好ましく、この場合、負極の電極としては、従来公知である、例えば電気活物質として活性炭を用いた電気化学素子用電極や湿式法により製造した電気化学素子用電極を用いてもよい。セパレータや電解液は、電気化学素子用として公知のものを適宜選択して用いることができる。
<Electrochemical element>
The obtained electrochemical device electrode is used as a positive electrode and / or negative electrode, and a separator is interposed between the electrodes as necessary, and a predetermined electrolytic solution is sealed, whereby an electrochemical device is obtained. The electrode for an electrochemical element obtained by the present invention is particularly preferably used as a positive electrode of an electrochemical element. In this case, the negative electrode is conventionally known, for example, an electrochemical element using activated carbon as an electroactive material. An electrode for an electrochemical device manufactured by a wet electrode or a wet method may be used. As the separator and the electrolytic solution, those known for electrochemical devices can be appropriately selected and used.

以下に実験例により、本発明を更に具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。各成分の使用量は、特にことわりのないかぎり重量基準である。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples. The present invention is not limited to these examples. The amount of each component used is based on weight unless otherwise specified.

まず試験方法について説明する。
(活物質層の密度)
電気化学素子用電極のシートから40mm×60mmの大きさの電極(実施例や比較例の電気化学素子を形成したのとは別の部分)を切り出し、その電極の重量と体積を測定し、集電体部分を除いた活物質層の密度を電極密度(g/cc)として計算した。
(静電容量と内部抵抗の算出)
電気化学素子として、ラミネートキャパシタを作製し、電圧2.7Vで1時間で充電し、電圧2.0Vへ15分間かけて放電し、1C放電特性とした。得られた充放電曲線より容量を算出し、前記電気化学素子の電極の活物質層だけの容積で除して、活物質層の単位容積あたりの容量を求めた。また、内部抵抗は、充放電曲線より社団法人電子情報技術産業協会が定める規格RC-2377の計算方法に従って算出した。
(フローティング特性評価)
上記のラミネートキャパシタのフローティング特性評価を、45℃の環境下で電圧2.7Vに72時間保持した後に、電圧2.0Vへ15分間あっけて放電し、得られた充放電曲線よりフローティング後の容量を算出し、フローティング特性評価前の容量との変化から、容量維持率として算出した。
(結着剤の膨潤度の測定法)
結着剤が固体であれば、その固体をフィルム状に成形して試験片フィルムとすることができるが、結着剤がラテックス状などの溶液または分散液である場合は、以下のように試料片フィルムを作成した。溶液または分散液を、ポリテトラフルオロエチレン製のシャーレ上に流延し、風乾して厚み約0.5mmのフィルムを作製し、これを試験片フィルムとした。試験片フィルムを1cm角に裁断し、重量を測定した後、電解液に浸漬し60℃で72時間後に試験片フィルムを電解液から取り出し、ろ紙で軽く押さえつけて電解液をふき取り、浸漬試験後の重量を測定した。(浸漬試験後の重量/浸漬試験前の重量)を膨潤度(単位:倍)とした。
First, the test method will be described.
(Active material layer density)
An electrode having a size of 40 mm × 60 mm (a part different from the case where the electrochemical elements of Examples and Comparative Examples were formed) was cut out from the electrode sheet for electrochemical elements, and the weight and volume of the electrodes were measured. The density of the active material layer excluding the electric part was calculated as the electrode density (g / cc).
(Calculation of capacitance and internal resistance)
A laminated capacitor was produced as an electrochemical element, charged at a voltage of 2.7 V in 1 hour, discharged to a voltage of 2.0 V over 15 minutes, and 1C discharge characteristics were obtained. The capacity was calculated from the obtained charge / discharge curve, and divided by the volume of the active material layer of the electrode of the electrochemical device, to determine the capacity per unit volume of the active material layer. The internal resistance was calculated according to the calculation method of standard RC-2377 established by the Japan Electronics and Information Technology Industries Association from the charge / discharge curve.
(Floating characteristic evaluation)
The evaluation of the floating characteristics of the above laminated capacitor was carried out at 45 ° C. for 72 hours at a voltage of 2.7 V, and then discharged at a voltage of 2.0 V for 15 minutes. Was calculated as the capacity retention rate from the change from the capacity before the evaluation of the floating characteristics.
(Measurement method of swelling degree of binder)
If the binder is solid, the solid can be formed into a film to form a test piece film. However, when the binder is a latex-like solution or dispersion, the sample is as follows: A piece film was made. The solution or dispersion was cast on a petri dish made of polytetrafluoroethylene and air-dried to produce a film having a thickness of about 0.5 mm, which was used as a test piece film. After cutting the test piece film into 1 cm square and measuring the weight, the test piece film was immersed in the electrolytic solution and taken out of the electrolytic solution after 72 hours at 60 ° C., and lightly pressed with a filter paper to wipe off the electrolytic solution. The weight was measured. The degree of swelling (unit: times) was defined as (weight after immersion test / weight before immersion test).

参考例1(結着剤Aの製造)
攪拌機付き反応容器に、モノマーとしてブチルアクリレート494部およびイタコン酸5部、架橋剤としてトリエチレングリコールジメタクリレート1部、分散剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム5部、イオン交換水1000部および重合開始剤として過硫酸カリウム5部を投入し、十分撹拌した後、80℃に加温し重合した。モノマー消費量が99.0%になった時点で冷却して反応を止め、結着剤Aの水分散液を得た。この結着剤Aの膨潤度は1.52倍であった。
Reference Example 1 (Production of Binder A)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, 494 parts of butyl acrylate and 5 parts of itaconic acid as monomers, 1 part of triethylene glycol dimethacrylate as a crosslinking agent, 5 parts of sodium dodecylbenzenesulfonate as a dispersing agent, 1000 parts of ion-exchanged water and a polymerization initiator After charging 5 parts of potassium persulfate and stirring sufficiently, it was heated to 80 ° C. and polymerized. When the monomer consumption reached 99.0%, the reaction was stopped by cooling to obtain an aqueous dispersion of binder A. The swelling degree of this binder A was 1.52 times.

参考例2(炭素被覆黒鉛の製造例)
ブラジル産天然黒鉛を振動ロッドミルで圧密化した後、孔径53μmの篩でで篩い分けを行い、その通過分である嵩密度0.800g/cmの黒鉛粒子に、空気酸化処理を施す。空気酸化処理はロータリーキルンを用い、黒鉛1kg当り25リットル/minの空気を送りながら、温度650℃で、滞留時間5分とする。酸化による燃焼損失は、2.1質量%である。酸化処理した黒鉛60kgを流動床反応炉に仕込み、窒素を50リットル/minで流しながら、反応炉内温度を1000℃まで昇温した後、炭素源としてトルエンを40モル%含有する窒素ガスを80リットル/minで供給して流動状態を保ちながら25分間化学蒸着処理を行う。得られる炭素被覆黒鉛を孔径53μmの篩にかけ、通過分を炭素被覆黒鉛の試料として用いる。
Reference Example 2 (Production example of carbon-coated graphite)
After consolidating Brazilian natural graphite with a vibrating rod mill, it is sieved with a sieve having a pore size of 53 μm, and air oxidation treatment is performed on graphite particles having a bulk density of 0.800 g / cm 3 , which is the passage. For the air oxidation treatment, a rotary kiln is used, and a residence time of 5 minutes is set at a temperature of 650 ° C. while sending air of 25 liter / min per 1 kg of graphite. The combustion loss due to oxidation is 2.1% by mass. 60 kg of oxidized graphite was charged into a fluidized bed reactor, the temperature in the reactor was raised to 1000 ° C. while flowing nitrogen at 50 liters / min, and then nitrogen gas containing 40 mol% of toluene as a carbon source was added. Chemical vapor deposition is performed for 25 minutes while maintaining a fluid state by supplying at a liter / min. The obtained carbon-coated graphite is passed through a sieve having a pore size of 53 μm, and the passing portion is used as a sample of carbon-coated graphite.

電気化学素子用電極のシートの作製例1(電極シートA)
電極活物質として黒鉛(TIMREX KS6;ティムカル社製)100部、分散型結着剤として参考例1で製造した結着剤Aの水分散液(固形分を40%に調整)14部、溶解型樹脂(カルボキシメチルセルロースの1.5%水溶液「DN−800H」:ダイセル化学工業(株)製)93.3部、及びイオン交換水327.7部を混合機(特殊機化社製、製品名TKホモミキサー)で攪拌混合して、固形分20%のスラリー(詳細な説明のスラリーBに相当するもの)を得た。次いで、このスラリーを図1に示すようなスプレー乾燥機(大川原化工機(株)製ピン型アトマイザー付)のホッパー51に仕込む、ポンプ52で塔頂部のノズル57へ送り、ノズルから乾燥塔58内に噴霧する。同時に熱交換器55を経て150℃の熱風をノズル57の脇から乾燥塔58内に送り、粒径10〜100μm(平均粒子径50μm)の球状の複合粒子Аを得た。
得られた複合粒子Aを、図2に示すような、ロールプレス機(押し切り粗面熱ロール;ヒラノ技研工業(株)製)のロール(ロール温度100℃、プレス線圧3.9kN/cm)に供給して、厚さ40μmのアルミ集電体上に成形速度10.0m/minで成形し、厚さ350μm、幅10cm、電極密度0.92g/cmの活物質層を有する電極シートAを得た。
Production Example 1 of Electrode Element Electrode Sheet (Electrode Sheet A)
100 parts of graphite (TIMREX KS6; manufactured by Timcal Co., Ltd.) as an electrode active material, 14 parts of an aqueous dispersion of binder A prepared in Reference Example 1 (solid content adjusted to 40%) as a dispersion-type binder, dissolved type 93.3 parts of resin (1.5% aqueous solution of carboxymethylcellulose “DN-800H”: manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) and 327.7 parts of ion-exchanged water were mixed with a mixer (made by Tokushu Kika Co., Ltd., product name TK). A slurry having a solid content of 20% (corresponding to the slurry B in the detailed description) was obtained by stirring and mixing with a homomixer. Next, this slurry is charged into a hopper 51 of a spray dryer (with a pin type atomizer manufactured by Okawara Chemical Co., Ltd.) as shown in FIG. 1, and sent to a nozzle 57 at the top of the tower by a pump 52. Spray on. At the same time, hot air of 150 ° C. was sent from the side of the nozzle 57 into the drying tower 58 through the heat exchanger 55 to obtain spherical composite particles А having a particle size of 10 to 100 μm (average particle size of 50 μm).
The obtained composite particles A are rolled (roll temperature 100 ° C., press linear pressure 3.9 kN / cm) in a roll press machine (pressed rough surface heat roll; manufactured by Hirano Giken Kogyo Co., Ltd.) as shown in FIG. Electrode sheet A having an active material layer of 350 μm thickness, 10 cm width, and electrode density 0.92 g / cm 3 , formed on a 40 μm thick aluminum current collector at a forming speed of 10.0 m / min. Got.

電気化学素子用のシートの作製例2(電極シートB)
電気化学素子用のシートの作製例1の電極活物質の黒鉛を、参考例2の炭素被覆黒鉛に代える以外は作製例1と同様にして複合粒子Bと電極シートBを得る。電極シートBの厚さは350μm、電極密度は0.84g/cmであった。
Production Example 2 of Electrochemical Element Sheet (Electrode Sheet B)
A composite particle B and an electrode sheet B are obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the electrode active material graphite in Production Example 1 of the electrochemical device sheet is replaced with the carbon-coated graphite in Reference Example 2. The thickness of the electrode sheet B was 350 μm, and the electrode density was 0.84 g / cm 3 .

電気化学素子用のシートの作製例3(電極シートC)
電極活物質として活性炭(比表面積2000m/g、平均粒子径5μmの活性炭)100部、導電材(アセチレンブラック「デンカブラック粉状」:電気化学工業(株)製)5部、分散型結着剤(平均粒子径0.15μm、ガラス転移温度−40℃の架橋型アクリレート系重合体の水分散体:「AD211」:日本ゼオン製)14部、溶解型樹脂(カルボキシメチルセルロースの1.5%水溶液「DN−800H」:ダイセル化学工業(株)製)93.3部、及びイオン交換水347.7部をTKホモミキサーで攪拌混合して、固形分20%のスラリーを得た。次いで、このスラリーを、作成例1と同様に処理して、粒径10〜100μm(平均粒子径50μm)の球状の複合粒子Cを得た。複合粒子Cは内層部と外層部とからなり、外層部の平均粒子径が内層部の平均粒子径よりも小さくなっている。得られた複合粒子Cを、作成例1と同様に処理して、厚さ350μm、幅10cm、密度0.58g/cm3の活物質層を有する電極シートCを得た。この電極シートは、電気化学素子用の負極の電極用として好ましいものである。
Production Example 3 of Electrode Element Sheet (Electrode Sheet C)
100 parts of activated carbon (active carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g and an average particle diameter of 5 μm) as an electrode active material, 5 parts of conductive material (acetylene black “Denka Black Powder”: manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), dispersion-type binder 14 parts of an aqueous dispersion of a cross-linked acrylate polymer having an average particle size of 0.15 μm and a glass transition temperature of −40 ° C .: “AD211” manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., a soluble resin (1.5% aqueous solution of carboxymethyl cellulose) “DN-800H” (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) 93.3 parts and ion-exchanged water 347.7 parts were stirred and mixed with a TK homomixer to obtain a slurry having a solid content of 20%. Next, this slurry was treated in the same manner as in Preparation Example 1 to obtain spherical composite particles C having a particle size of 10 to 100 μm (average particle size of 50 μm). The composite particle C includes an inner layer portion and an outer layer portion, and the average particle size of the outer layer portion is smaller than the average particle size of the inner layer portion. The obtained composite particles C were processed in the same manner as in Preparation Example 1 to obtain an electrode sheet C having an active material layer having a thickness of 350 μm, a width of 10 cm, and a density of 0.58 g / cm 3. This electrode sheet is preferable for use as a negative electrode for an electrochemical element.

電気化学素子用のシートの作製例4(電極シートD)
電極シートの作製例1の分散型結着剤を、結着剤Aの水分散液から、分散型結着剤B(平均粒子径0.15μm、ガラス転移温度-40℃の架橋型アクリレート系重合体の40%水分散体:「AD211」:日本ゼオン製)14部に代えた以外は作製例1と同様にして電極Dシートを得た。AD211について測定した膨潤度は2.33であった。電極シートEの厚さは80μm、電極密度は0.89g/cmであった。
Production Example 4 for Electrochemical Element Sheet (Electrode Sheet D)
The dispersion-type binder of Production Example 1 of the electrode sheet was dispersed from the aqueous dispersion of the binder A by the dispersion-type binder B (cross-linked acrylate weight having an average particle diameter of 0.15 μm and a glass transition temperature of −40 ° C. 40% aqueous dispersion of coalescence: “AD211” (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) An electrode D sheet was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that 14 parts were used. The degree of swelling measured for AD211 was 2.33. The thickness of the electrode sheet E was 80 μm, and the electrode density was 0.89 g / cm 3 .

電気化学素子用のシートの作製例5(電極シートE)
電気活物質として黒鉛(TIMREX KS6;ティムカル社製)100部、分散型結着剤(「AD211」:日本ゼオン製)7.5部、溶解型樹脂(カルボキシメチルセルロースの1.5%水溶液「DN−800H」:ダイセル化学工業(株)製)93.3部、及びイオン交換水60.2部を混合機(TKホモミキサー)で攪拌混合して、固形分40%のスラリーを得た。次いで、スラリーをドクターブレードを用いて厚さ40μmのアルミ集電体上に塗布して乾燥し、電極シートEを得た。分散が不十分で電極の表面が荒れていた。電極シートEの厚さは80μm、電極密度は0.89g/cmであった。
Production Example 5 of Electrochemical Element Sheet (Electrode Sheet E)
As an electroactive material, 100 parts of graphite (TIMREX KS6; manufactured by Timcal), 7.5 parts of a dispersion-type binder (“AD211”: manufactured by Nippon Zeon), a soluble resin (1.5% aqueous solution of carboxymethylcellulose “DN-”) 800H ": Daicel Chemical Industries, Ltd. 93.3 parts and ion-exchanged water 60.2 parts were stirred and mixed with a mixer (TK homomixer) to obtain a slurry having a solid content of 40%. Next, the slurry was applied onto a 40 μm thick aluminum current collector using a doctor blade and dried to obtain an electrode sheet E. Dispersion was insufficient and the electrode surface was rough. The thickness of the electrode sheet E was 80 μm, and the electrode density was 0.89 g / cm 3 .

電気化学素子用のシートの作製例6(電極シートF)
電気活物質として参考例2の炭素被覆黒鉛100部を用いた外は作製例5と同様にして電極シートFを得た。分散が不十分で電極の表面が荒れていた。電極シートEの厚さは80μm、電極密度は0.81g/cmであった。
Production Example 6 of Electrochemical Element Sheet (Electrode Sheet F)
An electrode sheet F was obtained in the same manner as in Production Example 5 except that 100 parts of carbon-coated graphite of Reference Example 2 was used as the electroactive material. Dispersion was insufficient and the electrode surface was rough. The electrode sheet E had a thickness of 80 μm and an electrode density of 0.81 g / cm 3 .

キャパシタの作製方法
以上のようにして得られる電極シートのそれぞれを、を5cm×5cm(未塗工部は除く)に切り出し、未塗工部に超音波金属溶接機を用いてタブ材を取り付ける。タブ材を取り付けた電極を正極および負極として1組用意し、電極層を向かい合わせ、その間にセパレータ(厚み35μm、TF40:ニッポン高度紙工業製)を挟み、この電極ペアを160℃で10時間真空乾燥した後に、外側をポリエチレン板で固定し、アルミ包材で包み込んだ後に、タブ取り出し分に液漏れ防止用シール材を挟み、180℃で5秒間シールする。最後に、電解液1.5MTEMA・PF6/PCを注入し、180℃で4秒間真空シールすることで、電気化学素子の例として電気二重層キャパシタを作製する。
Capacitor Production Method Each of the electrode sheets obtained as described above is cut into 5 cm × 5 cm (excluding the uncoated part), and a tab material is attached to the uncoated part using an ultrasonic metal welder. Prepare a pair of electrodes with a tab material as a positive electrode and a negative electrode, face the electrode layers together, sandwich a separator (thickness 35 μm, TF40: manufactured by Nippon Kogyo Paper Industries), and vacuum this electrode pair at 160 ° C. for 10 hours After drying, the outside is fixed with a polyethylene plate and wrapped with an aluminum wrapping material, and then a liquid leakage preventing sealing material is sandwiched between the tabs taken out and sealed at 180 ° C. for 5 seconds. Finally, an electrolytic solution 1.5MTEMA · PF6 / PC is injected and vacuum sealed at 180 ° C. for 4 seconds to produce an electric double layer capacitor as an example of an electrochemical element.

実施例1:正極に電極シートAを負極に電極シートCを用いてキャパシタを作製する。
実施例2:正極に電極シートBを負極に電極シートCを用いてキャパシタを作製する。
比較例1:正極負極ともに電極シートCを用いてキャパシタを作製する。
実施例3:正極に電極シートDを負極に電極シートCを用いてキャパシタを作製する。
比較例2:正極に電極シートEを負極に電極シートCを用いてキャパシタを作製する。
比較例3:正極に電極シートFを負極に電極シートCを用いてキャパシタを作製する。
以上で得られるキャパシタの試験結果を表1に示す。
Example 1 A capacitor is prepared using an electrode sheet A as a positive electrode and an electrode sheet C as a negative electrode.
Example 2: A capacitor is fabricated using the electrode sheet B as the positive electrode and the electrode sheet C as the negative electrode.
Comparative Example 1: A capacitor is fabricated using the electrode sheet C for both the positive and negative electrodes.
Example 3 A capacitor is fabricated using the electrode sheet D as the positive electrode and the electrode sheet C as the negative electrode.
Comparative Example 2: A capacitor is produced using the electrode sheet E as the positive electrode and the electrode sheet C as the negative electrode.
Comparative Example 3: A capacitor is fabricated using the electrode sheet F as the positive electrode and the electrode sheet C as the negative electrode.
The capacitor test results obtained above are shown in Table 1.

Figure 0005201313
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表1から、以下のことが分かる。正極の電気活物質として黒鉛または黒鉛状粒子を用い、乾式法で電極シートを作製した、実施例1、2および3は、得られるキャパシタの静電容量と容量保持率のバランスに優れる。特に、結着剤の膨潤度が2よりも小さい実施例1と2の場合は、静電容量と容量保持率が特に優れ、内部抵抗も小さくて優れる。乾式法を採用した場合でも、正極の活物質として活性炭を用いた場合は、比較例1のように静電容量が非常に劣る。正極活物質として、黒鉛または黒鉛状粒子を用いた場合でも、乾式法で電極シートを作製した場合は、比較例2や3のように、得られるキャパシタの静電容量と容量保持率のバランスに劣る。   Table 1 shows the following. Examples 1, 2, and 3 in which graphite or graphite-like particles were used as the positive electrode electroactive material and electrode sheets were produced by a dry method were excellent in the balance between the capacitance and capacity retention of the obtained capacitor. In particular, in Examples 1 and 2 in which the degree of swelling of the binder is smaller than 2, the capacitance and capacity retention are particularly excellent, and the internal resistance is also small and excellent. Even when the dry method is adopted, when activated carbon is used as the positive electrode active material, the electrostatic capacity is very poor as in Comparative Example 1. Even when graphite or graphite-like particles are used as the positive electrode active material, when an electrode sheet is produced by a dry method, as in Comparative Examples 2 and 3, the capacitance of the obtained capacitor and the capacity retention ratio are balanced. Inferior.

本発明によれば、電気化学素子用の電極、その生産効率に優れた製造方法、およびそのような電気化学粗使用電極を用いた電気化学素子が提供される。得られる電気化学素子は、静電容量が大きく、容量保持率が高く、充放電サイクルにおける信頼性の高いものである。得られる電気化学素子は、パソコンや携帯端末等のメモリのバックアップ電源、パソコン等の瞬時停電対策用電源、電気自動車又はハイブリッド自動車への応用、太陽電池と併用したソーラー発電エネルギー貯蔵システム、電池と組み合わせたロードレベリング電源等の様々な用途に好適に用いることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrochemical element using the electrode for electrochemical elements, the manufacturing method excellent in the production efficiency, and such an electrochemical rough use electrode is provided. The obtained electrochemical device has a large capacitance, a high capacity retention rate, and high reliability in the charge / discharge cycle. The obtained electrochemical element is a backup power source for memory of personal computers and portable terminals, power source for instantaneous power failure such as personal computers, application to electric vehicles or hybrid vehicles, solar power generation energy storage system combined with solar cells, combination with batteries It can be suitably used for various applications such as a load leveling power source.

本発明で用いることができる、噴霧乾燥機の模式図を示す。The schematic diagram of the spray dryer which can be used by this invention is shown. 本発明で用いることができる、電気化学素子用電極の製造に適したロールプレス機の模式図を示す。The schematic diagram of the roll press suitable for manufacture of the electrode for electrochemical elements which can be used by this invention is shown.

符号の説明Explanation of symbols

51:ホッパー
52:ポンプ
54:送風機
55:熱交換器
57:噴霧ノズル
58:乾燥塔
59:吸引機
62:冷風ファン
1:集電体
2:活物質層
3:複合粒子
4:フィーダー
5:ロール
51: Hopper 52: Pump 54: Blower 55: Heat exchanger 57: Spray nozzle 58: Drying tower 59: Suction machine 62: Cold air fan 1: Current collector 2: Active material layer 3: Composite particles 4: Feeder 5: Roll

Claims (8)

集電体と、その表面に活物質層を有してなる電気化学素子用電極であって、
該活物質層が、電極活物質、導電材および結着剤を含む複合粒子を乾式法により成形したものであり
該電極活物質が黒鉛または黒鉛状粒子を含み、
前記結着剤が、架橋型アクリレート系重合体であり、かつ、プロピレンカーボネートに1.0mol/Lの濃度でトリエチレンモノメチルアンモニウムテトラフロロボーレートを溶解した電解液に対する膨潤度が2以下であり、
前記複合粒子は、外層部と内層部とからなり、前記外層部及び前記内層部が前記電極活物質及び導電材を結着剤によって結着してなるもので構成され、前記外層部を形成する電極活物質及び導電材の平均粒子径が、前記内層部を形成する電極活物質及び導電材の平均粒子径よりも小さいこと
を特徴とする電気化学素子用電極。
An electrode for an electrochemical device comprising a current collector and an active material layer on the surface thereof,
The active material layer is obtained by molding composite particles containing an electrode active material, a conductive material and a binder by a dry method, and the electrode active material contains graphite or graphite-like particles,
It said binder is a crosslinked acrylate polymer, and the degree of swelling at a concentration of 1.0 mol / L in propylene carbonate to the electrolyte prepared by dissolving triethylene monomethyl ammonium tetrafluoroethane baud rate Ri der 2 or less,
The composite particle is composed of an outer layer portion and an inner layer portion, and the outer layer portion and the inner layer portion are formed by binding the electrode active material and a conductive material with a binder to form the outer layer portion. An electrode for an electrochemical element , wherein an average particle diameter of the electrode active material and the conductive material is smaller than an average particle diameter of the electrode active material and the conductive material forming the inner layer portion .
該電極活物質が、黒鉛の粒子の表面に、該黒鉛の結晶構造とは異なる結晶構造を有する炭素同素体による被覆層を有する黒鉛状粒子であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学素子用電極。   2. The electrochemical according to claim 1, wherein the electrode active material is a graphite-like particle having a coating layer of a carbon allotrope having a crystal structure different from the crystal structure of the graphite on the surface of the graphite particle. Element electrode. 該被覆層が結晶性の炭素同素体であることを特徴とする請求項2に記載の電気化学素子用電極。   The electrode for an electrochemical element according to claim 2, wherein the coating layer is a crystalline carbon allotrope. 該被覆層が非結晶性の炭素同素体であることを特徴とする請求項2に記載の電気化学素子用電極。   The electrode for an electrochemical element according to claim 2, wherein the coating layer is an amorphous carbon allotrope. 黒鉛若しくは黒鉛状粒子、導電材および結着剤を含む複合粒子を得る工程、および
この複合粒子を集電体上で加熱および加圧することにより活物質層を形成する工程
を有し、
前記結着剤が、架橋型アクリレート系重合体であり、かつ、プロピレンカーボネートに1.0mol/Lの濃度でトリエチレンモノメチルアンモニウムテトラフロロボーレートを溶解した電解液に対する膨潤度が2以下であり、
前記複合粒子は、外層部と内層部とからなり、前記外層部及び前記内層部が前記電極活物質及び導電材を結着剤によって結着してなるもので構成され、前記外層部を形成する電極活物質及び導電材の平均粒子径が、前記内層部を形成する電極活物質及び導電材の平均粒子径よりも小さいことを特徴とする電気化学素子用電極の製造方法。
Having a step of obtaining composite particles containing graphite or graphite-like particles, a conductive material and a binder, and a step of forming an active material layer by heating and pressing the composite particles on a current collector;
It said binder is a crosslinked acrylate polymer, and the degree of swelling at a concentration of 1.0 mol / L in propylene carbonate to the electrolyte prepared by dissolving triethylene monomethyl ammonium tetrafluoroethane baud rate Ri der 2 or less,
The composite particle is composed of an outer layer portion and an inner layer portion, and the outer layer portion and the inner layer portion are formed by binding the electrode active material and a conductive material with a binder to form the outer layer portion. The method for producing an electrode for an electrochemical element , wherein an average particle diameter of the electrode active material and the conductive material is smaller than an average particle diameter of the electrode active material and the conductive material forming the inner layer portion .
複合粒子を得る工程が、噴霧乾燥造粒法である請求項に記載の電気化学素子用電極の製造方法。 The method for producing an electrode for an electrochemical element according to claim 5 , wherein the step of obtaining composite particles is a spray drying granulation method. 請求項1乃至のいずれかに記載の電気化学素子用電極を、正極電極または負極電極として有する電気化学素子。 The electrochemical element which has the electrode for electrochemical elements in any one of Claims 1 thru | or 4 as a positive electrode or a negative electrode. 電気二重層キャパシタである請求項に記載の電気化学素子。 The electrochemical device according to claim 7 , which is an electric double layer capacitor.
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