JP5509786B2 - Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解質二次電池用正極、特に、リチウムイオン二次電池やリチウムイオンポリマー二次電池に適したアルミニウム多孔質焼結体を用いた電極に関するものである。   The present invention relates to a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to an electrode using an aluminum porous sintered body suitable for a lithium ion secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery.

近年、非水電解質二次電池、中でもリチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池が、電気自動車、ハイブリッド型自動車等にも用いられるようになり、そのような用途拡大に伴って、電池における電極集電体に、高出力化、高信頼性への対応が要求されている。そこで、電極中の電解液に無機固体電解質を分散させたリチウムイオン電池が開示されている(特許文献1)。しかしながら、無機固体電解質の電気伝導率は10−3Ω・cm−1付近であり(特許文献2の第0057段落)、この無機固体電解質を分散させた電解液を含む電極は、十分な電気伝導率、延いては熱伝導率を有するものとはいえず、高出力放電時には、電極内部、特に電極中央部の温度が上昇することが懸念される。本発明者らは、非水電解質二次電池の電極、特に正極の電気伝導率および熱伝導率の向上を鋭意研究した結果、アルミニウム多孔質焼結体を備える集電体と、前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に活物質、導電助剤およびLiイオン導電性物質を含む二次電池用電極を実現することにより、正極の電気伝導率および熱伝導率を著しく向上させることができることを見出した。ここで、現在、これらの電池の正極集電体として一般的にアルミニウム箔が用いられているが、非水電解質二次電池用正極に適したアルミニウム多孔質焼結体の作製が問題となる。 In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries, particularly lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries, have come to be used in electric vehicles, hybrid vehicles, and the like. In addition, high output and high reliability are required. Therefore, a lithium ion battery in which an inorganic solid electrolyte is dispersed in an electrolytic solution in an electrode is disclosed (Patent Document 1). However, the electric conductivity of the inorganic solid electrolyte is around 10 −3 Ω · cm −1 (paragraph 0057 of Patent Document 2), and the electrode including the electrolytic solution in which the inorganic solid electrolyte is dispersed has sufficient electric conductivity. Therefore, it cannot be said that it has thermal conductivity, and there is a concern that the temperature inside the electrode, particularly in the center of the electrode, may increase during high power discharge. As a result of intensive studies on improving the electrical conductivity and thermal conductivity of the electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery, particularly the positive electrode, the present inventors have found that the current collector includes an aluminum porous sintered body, and the aluminum porous It is possible to significantly improve the electrical conductivity and thermal conductivity of the positive electrode by realizing an electrode for a secondary battery containing an active material, a conductive additive and a Li ion conductive material in the pores of the sintered body. I found it. Here, at present, aluminum foil is generally used as a positive electrode current collector of these batteries. However, there is a problem in producing an aluminum porous sintered body suitable for a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

電極集電体として、三次元網目構造の開気孔を有するアルミニウム多孔質体が知られるようになりつつあり(特許文献3および4)、このようなアルミニウム多孔質体の製造方法としては、例えば、溶融アルミニウムを増粘剤により増粘させた後に、発泡剤として水素化チタンを添加し、水素化チタンの熱分解反応で生じる水素ガスにより、溶融アルミニウムを発泡させつつ固化させる発泡溶融法が知られている(特許文献5)。しかしながら、同方法によって得られる発泡アルミニウムは、数mmの大きな閉気孔を有するものであった。   As an electrode current collector, an aluminum porous body having open pores with a three-dimensional network structure is becoming known (Patent Documents 3 and 4). As a method for producing such an aluminum porous body, for example, A foaming and melting method is known in which, after thickening molten aluminum with a thickener, titanium hydride is added as a foaming agent, and the molten aluminum is solidified while being foamed by hydrogen gas generated by the thermal decomposition reaction of titanium hydride. (Patent Document 5). However, the foamed aluminum obtained by this method had large closed pores of several mm.

その他、第2の方法として、スポンジウレタンを中子にした鋳型にアルミニウムを圧入し、ウレタンが焼失して形成される空洞にアルミニウムを充填することにより、スポンジ骨格の発泡アルミニウムを得る方法がある。同方法によれば、40PPI以下の孔径、すなわち、1インチ当たり40セル以下の孔径(孔径:約600μm以上)の開気孔を有する発泡アルミニウムが得られる。   In addition, as a second method, there is a method of obtaining foamed aluminum having a sponge skeleton by press-fitting aluminum into a mold having sponge urethane as a core and filling aluminum into a cavity formed by burning out urethane. According to this method, a foamed aluminum having a pore diameter of 40 PPI or less, that is, a pore diameter of 40 cells or less per inch (pore diameter: about 600 μm or more) is obtained.

また、第3の方法として、AlSi合金粉末とTiH粉末との混合粉末をアルミニウム板材に挟んで加熱圧延することによって、TiH粉末の分解によりアルミニウムを発泡させる方法があるものの、同方法によって得られる発泡アルミニウムは、数mm単位の大きな孔径を有するものである(特許文献6)。 Further, as a third method, there is a method in which aluminum is foamed by decomposition of TiH 2 powder by heating and rolling a mixed powder of AlSi alloy powder and TiH 2 powder between aluminum plate materials. The foamed aluminum to be produced has a large pore diameter of several mm (Patent Document 6).

さらには、第4の方法として、アルミニウムとの共晶温度がアルミニウムの融点よりも低い金属をアルミニウムに混合し、共晶温度よりも高くアルミニウムの融点よりも低い温度に加熱焼成する方法があるものの(特許文献7)、同方法によって得られる発泡アルミニウムは、孔径を小さくすることができても気孔率が40%前後と小さい。このため、集電体としての発泡アルミニウムの気孔に浸透する正極活物質や負極活物質の量が少なく、所望の高出力化、高エネルギー密度化が図れない。   Furthermore, as a fourth method, there is a method in which a metal having a eutectic temperature with aluminum lower than the melting point of aluminum is mixed with aluminum and heated and fired at a temperature higher than the eutectic temperature and lower than the melting point of aluminum. (Patent Document 7) The foamed aluminum obtained by the same method has a porosity as small as around 40% even though the pore diameter can be reduced. For this reason, the amount of the positive electrode active material and the negative electrode active material penetrating into the pores of the foamed aluminum as the current collector is small, and the desired high output and high energy density cannot be achieved.

したがって、上述の方法の中では、高出力化、高信頼性、高エネルギー密度化の目的を達成し得る微小の開気孔を有する発泡アルミニウムを製造する方法として、第2の方法の採用が考えられる。   Therefore, among the above-mentioned methods, the second method can be adopted as a method for producing foamed aluminum having minute open pores that can achieve the objectives of high output, high reliability, and high energy density. .

しかしながら、この第2の方法であっても、さらに開気孔の孔径を小さくするためには、目の細かいスポンジウレタンを用いざるを得ず、アルミニウムの流れが悪くなって圧入不能となったり、鋳造圧力が高くなりすぎたりすることから、40PPIよりも小孔径の発泡アルミニウムを製造することは困難である。   However, even in this second method, in order to further reduce the pore diameter of the open pores, it is necessary to use fine sponge urethane, and the flow of aluminum becomes worse, making it impossible to press-fit or casting. Since the pressure becomes too high, it is difficult to produce foamed aluminum having a pore diameter smaller than 40 PPI.

これに対して、多数の微小の開気孔が均等に配置された小孔径・整寸の開気孔を有する高気孔率の発泡金属を製造する方法として、金属粉および発泡剤を含有する発泡性スラリーを発泡させ、乾燥させた後に焼結させるスラリー発泡法がある(特許文献8)。同方法によれば、焼結可能な原料粉末が入手できれば、約10PPI〜約500PPI、すなわち、孔径2.5mm〜50μmの範囲の任意の孔径の整寸な開気孔を有する高気孔率の発泡金属を容易に製造することができる。なお、スラリー発泡法は、金属粉末を含むスラリーに発泡剤を含有させることによって発泡させる、あるいは気体の注入や攪拌によって発泡させて、乾燥させて、焼結させて発泡金属を得る方法を意味する。   On the other hand, a foaming slurry containing metal powder and a foaming agent is used as a method for producing a high-porosity foam metal having small pore sizes and sized open pores in which a large number of minute open pores are evenly arranged. There is a slurry foaming method in which a foam is dried and then sintered (Patent Document 8). According to this method, if a raw material powder that can be sintered is available, it is a high-porosity foam metal having dimensionally open pores having an arbitrary pore size ranging from about 10 PPI to about 500 PPI, that is, a pore size ranging from 2.5 mm to 50 μm Can be easily manufactured. The slurry foaming method means a method in which a foamed metal is obtained by foaming by adding a foaming agent to a slurry containing metal powder, or by foaming by gas injection or stirring, drying, and sintering. .

しかし、従来、スラリー発泡法では、アルミニウム粉末表面の酸化被膜の存在により、アルミニウムの非加圧焼結ができなかったため、発泡アルミニウムを製造することは困難であった。また、仮に発泡アルミニウムを製造することができたとしても、純アルミニウムは柔らかいため、空孔内に活物質を充填した後、エネルギー密度を高めるための圧延をするときに、発泡アルミニウムが破断してしまうことが懸念される。   However, conventionally, in the slurry foaming method, it was difficult to produce foamed aluminum because non-pressure sintering of aluminum could not be performed due to the presence of an oxide film on the surface of the aluminum powder. Even if aluminum foam can be produced, pure aluminum is soft, so when filling the pores with the active material and rolling to increase the energy density, the aluminum foam breaks. There is a concern that

特開2008−300173号公報JP 2008-300193 A 特開2002−109955号公報JP 2002-109955 A 特許第3591055号公報Japanese Patent No. 3591055 特開2009―43536号公報JP 2009-43536 A 特開平08−209265号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-209265 特表2003−520292号公報Special table 2003-520292 gazette 特公昭61−48566号公報Japanese Examined Patent Publication No. 61-48566 特許第3535282号公報Japanese Patent No. 3535282

本発明者らは、チタンを含む焼結助剤を用いることにより、非加圧焼結で、高強度のアルミニウム多孔質焼結体を製造することができることを見出した。本発明は、このアルミニウム多孔質焼結体を非水電解質二次電池用電極の集電体として用い、かつアルミニウム多孔質焼結体の空孔内に活物質、導電助剤およびLiイオン導電性物質を含有させることにより、非水電解質二次電池の高出力化、高信頼性を可能とする正極を提供することを課題とする。   The present inventors have found that by using a sintering aid containing titanium, a high-strength aluminum porous sintered body can be produced by non-pressure sintering. In the present invention, this aluminum porous sintered body is used as a current collector of an electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, and an active material, a conductive auxiliary agent and Li ion conductivity are provided in the pores of the aluminum porous sintered body. It is an object of the present invention to provide a positive electrode that enables high output and high reliability of a nonaqueous electrolyte secondary battery by containing a substance.

本発明は、以下に示す構成によって上記課題を解決した非水電解質二次電池用電極およびこれを用いた非水電解質二次電池に関する。
(1)アルミニウム多孔質焼結体を備える集電体と、前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に活物質、導電助剤およびLiイオン導電性物質を含む二次電池用正極であって、前記アルミニウム多孔質焼結体が、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、前記金属骨格にはAlTi系化合物が分散していることを特徴とする、非水電解質二次電池用正極。
(2)集電体が、さらにアルミニウム箔またはアルムニウム板を備える、上記(1)記載の非水電解質二次電池用正極。
(3)アルミニウム多孔質焼結体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含む、上記(1)または(2)記載の非水電解質二次電池用正極。
(4)Liイオン導電性物質が、高分子ゲル電解質または固体電解質である、上記(1)〜(3)のいずれか記載の非水電解質二次電池用正極。
(5)上記(1)〜(4)のいずれか記載の非水電解質二次電池用正極を含む、非水電解質二次電池。
The present invention relates to an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery that solves the above-described problems with the following configuration and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same.
(1) A current collector comprising an aluminum porous sintered body, and a positive electrode for a secondary battery comprising an active material, a conductive assistant and a Li ion conductive material in the pores of the aluminum porous sintered body. The porous aluminum sintered body has a metal skeleton having a three-dimensional network structure, has pores between the metal skeletons, and an Al 3 Ti compound is dispersed in the metal skeleton. A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
(2) The positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to (1), wherein the current collector further comprises an aluminum foil or an aluminum plate.
(3) The nonaqueous electrolyte secondary battery according to (1) or (2) above, wherein the aluminum porous sintered body contains 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to 100 parts by mass of aluminum and titanium in total. Positive electrode.
(4) The positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of (1) to (3), wherein the Li ion conductive material is a polymer gel electrolyte or a solid electrolyte.
(5) A nonaqueous electrolyte secondary battery including the positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of (1) to (4) above.

本発明(1)によれば、三次元網目構造の金属骨格を有するアルミニウム多孔質焼結体の空孔内に、導電助剤およびLiイオン導電性物質が存在するため、活物質との電気伝導および熱伝導が著しく良好であり、高出力の非水電解質二次電池が得られる。また、Al−Ti化合物の分散によるアルミニウム多孔質焼結体は、高強度であるため、アルミニウム多孔質焼結体の空孔に活物質を含有させた後、圧延をすることにより、高出力密度の非水電解質二次電池用正極を提供することができ、さらに、活物質導電助剤、Liイオン導電性物質との密着性が優れた高信頼性の非水電解質二次電池用正極が得られる。   According to the present invention (1), since the conductive assistant and the Li ion conductive material are present in the pores of the porous aluminum sintered body having the metal skeleton of the three-dimensional network structure, the electric conduction with the active material In addition, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a very high heat conductivity and a high output can be obtained. Moreover, since the aluminum porous sintered body by dispersion | distribution of an Al-Ti compound is high intensity | strength, after making an active material contain in the void | hole of an aluminum porous sintered body, it is rolled and a high output density is carried out. In addition, a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery can be provided, and a highly reliable positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent adhesion to an active material conductive additive and a Li ion conductive material can be obtained. It is done.

本発明(2)によれば、さらに高出力に適した非水電解質二次電池用電極を容易に得ることができる。   According to the present invention (2), it is possible to easily obtain an electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery suitable for higher output.

実施例の集電体1のアルミニウム多孔質焼結体の走査電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of the aluminum porous sintered compact of the electrical power collector 1 of an Example. 図1の一部拡大走査電子顕微鏡写真である。2 is a partially enlarged scanning electron micrograph of FIG. 図2の一部拡大走査電子顕微鏡写真である。3 is a partially enlarged scanning electron micrograph of FIG. アルミニウム多孔質焼結体とアルミニウム板を備えた正極用集電体の概念図である。It is a conceptual diagram of the electrical power collector for positive electrodes provided with the aluminum porous sintered compact and the aluminum plate. 本発明の非水電解質二次電池用電極の断面のイメージ図である。It is an image figure of the cross section of the electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this invention. 実施例、従来例で作製したコインセルの断面図である。It is sectional drawing of the coin cell produced by the Example and the prior art example.

以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。なお、%は特に示さない限り、また数値固有の場合を除いて質量基準の%である。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on embodiments. Unless otherwise indicated,% is% based on mass unless otherwise specified.

〔非水電解質二次電池用電極〕
本発明の非水電解質二次電池用正極は、アルミニウム多孔質焼結体を備える集電体と、前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に活物質、導電助剤およびLiイオン導電性物質を含む二次電池用正極であって、前記アルミニウム多孔質焼結体が、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、前記金属骨格にはAlTi系化合物が分散していることを特徴とする。
[Electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery]
A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a current collector provided with an aluminum porous sintered body, and an active material, a conductive auxiliary agent and a Li ion conductive material in the pores of the aluminum porous sintered body. The aluminum porous sintered body has a metal skeleton with a three-dimensional network structure, has pores between the metal skeletons, and the metal skeleton includes Al 3 Ti. The system compound is dispersed.

アルミニウム多孔質焼結体は、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、前記金属骨格にAlTi系化合物が分散している。 The aluminum porous sintered body has a metal skeleton having a three-dimensional network structure, has pores between the metal skeletons, and an Al 3 Ti compound is dispersed in the metal skeleton.

図1に、実施例の集電体1で作製した圧延をする前のアルミニウム多孔質焼結体の走査電子顕微鏡写真を、図2に、図1の一部拡大走査電子顕微鏡写真を、図3に、図2の一部拡大走査電子顕微鏡写真を示す。図1、図2および図3から明らかなように、アルミニウム多孔質焼結体は、三次元網目構造の金属骨格により、空孔を形成する。また、金属骨格自体も、高気孔率であるという特徴を有する。   FIG. 1 shows a scanning electron micrograph of the porous aluminum sintered body before rolling, which was produced with the current collector 1 of the example, FIG. 2 shows a partially enlarged scanning electron micrograph of FIG. FIG. 2 shows a partially enlarged scanning electron micrograph of FIG. As apparent from FIGS. 1, 2, and 3, the porous aluminum sintered body forms pores by a metal skeleton having a three-dimensional network structure. In addition, the metal skeleton itself has a feature of high porosity.

アルミニウム多孔質焼結体の金属骨格は、所望のアルミニウム多孔質焼結体強度、空孔径および空孔率を得るために、金属骨格径(金属骨格を形成する各金属骨の最も細い部分の太さ)が5〜100μmであることが好ましい。また、この金属骨格は、孔径0.1〜3μmの骨格内空孔を有するものが好ましい。ここで、金属骨格径および骨格内空孔の空孔径は、骨格表面および骨格断面の走査電子顕微鏡写真により測定する。   In order to obtain the desired aluminum porous sintered body strength, pore diameter, and porosity, the metal skeleton of the aluminum porous sintered body has a metal skeleton diameter (the thickness of the thinnest part of each metal bone forming the metal skeleton). Is preferably 5 to 100 μm. The metal skeleton preferably has skeleton vacancies having a pore diameter of 0.1 to 3 μm. Here, the metal skeleton diameter and the pore diameter of the skeleton vacancies are measured by scanning electron micrographs of the skeleton surface and the skeleton cross section.

また、金属骨格間の空孔(以下、骨格間空孔という)は、活物質、Liイオン導電性物質等を含ませやすくする観点、および電解液との良好な導電性確保の観点から、連通していることが好ましい。   In addition, vacancies between metal skeletons (hereinafter referred to as inter-skeleton vacancies) are communicated from the viewpoint of easily including an active material, a Li ion conductive material, and the like, and ensuring good conductivity with an electrolytic solution. It is preferable.

骨格間空孔の空孔径は、所望量の活物質を充填させる観点から、20〜500μmであることが好ましい。なお、圧延後には、骨格間空孔の空孔径は、アルミニウム多孔質焼結体の長手方向が長い楕円形状となり、長手方向の空孔径は、30〜600μmであると好ましく、厚さ方向の空孔径は、10〜200μmであると好ましい。ここで、空孔径は、試料の表面および断面の走査電子顕微鏡写真により測定する。   From the viewpoint of filling a desired amount of active material, the pore diameter of the inter-framework holes is preferably 20 to 500 μm. After rolling, the pore diameter of the interstitial pores becomes an elliptical shape having a long longitudinal direction of the aluminum porous sintered body. The pore diameter in the longitudinal direction is preferably 30 to 600 μm, and the voids in the thickness direction are preferred. The pore diameter is preferably 10 to 200 μm. Here, the pore diameter is measured by scanning electron micrographs of the surface and cross section of the sample.

アルミニウム多孔質焼結体の全体気孔率は、所望量の活物質を充填させる観点から、70〜99%であることが好ましく、80〜97%であると、より好ましい。なお、圧延後の空孔率は、10〜60%であると好ましく、15〜40%であると、より好ましい。ここで、気孔率は、アルミニウム多孔質焼結体の寸法、質量、および密度から算出する。   The total porosity of the aluminum porous sintered body is preferably 70 to 99%, more preferably 80 to 97%, from the viewpoint of filling a desired amount of active material. In addition, the porosity after rolling is preferably 10 to 60%, and more preferably 15 to 40%. Here, the porosity is calculated from the dimensions, mass, and density of the porous aluminum sintered body.

金属骨格のAlTi系化合物は、アルミニウム多孔質焼結体を製造するときに使用される焼結助剤に含まれるチタンに由来する。チタンは、アルミニウム多孔質焼結体を常圧焼結で製造することを可能にするだけではなく、AlTi系化合物を形成することにより、アルミニウム多孔質焼結体を高強度、特に高引張り強度にする。また、AlTi系化合物は、接触抵抗が低く、AlTi系化合物が存在することにより、より高出力に適する、と考えられる。 The Al 3 Ti-based compound having a metal skeleton is derived from titanium contained in a sintering aid used when producing an aluminum porous sintered body. Titanium not only makes it possible to produce an aluminum porous sintered body by atmospheric pressure sintering, but also makes the aluminum porous sintered body high strength, particularly high tensile, by forming an Al 3 Ti-based compound. Make it strong. Further, it is considered that the Al 3 Ti-based compound has a low contact resistance and is suitable for higher output due to the presence of the Al 3 Ti-based compound.

アルミニウム多孔質体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含むことが好ましい。チタンが、0.1質量部未満では、良好なアルミニウム多孔質焼結体が得られず、20質量部を超えると、焼結時に、アルミニウム混合原料粉末中で、チタンを含む焼結助剤粉末同士が接点を持つようになり、アルミニウムとチタンの反応熱を制御できなくなるとともに所望の多孔質焼結体が得られないようになる。ここで、アルミニウムとチタンの定量分析は、ICP法で行う。   It is preferable that an aluminum porous body contains 0.1-20 mass parts of titanium with respect to a total of 100 mass parts of aluminum and titanium. If titanium is less than 0.1 part by mass, a good aluminum porous sintered body cannot be obtained. If it exceeds 20 parts by mass, sintering aid powder containing titanium in the aluminum mixed raw material powder at the time of sintering. They come to have contacts, making it impossible to control the reaction heat between aluminum and titanium, and making it impossible to obtain a desired porous sintered body. Here, the quantitative analysis of aluminum and titanium is performed by the ICP method.

アルミニウム多孔質焼結体の厚さは、非水電解質二次電池のエネルギー密度向上の観点から、圧延前で0.05〜5mmであると好ましく、0.1〜3mmであると、より好ましい。アルミニウム多孔質焼結体の厚さは、圧延後では0.03〜3mmであると好ましく、0.8〜2.5mmであると、より好ましい。   From the viewpoint of improving the energy density of the nonaqueous electrolyte secondary battery, the thickness of the aluminum porous sintered body is preferably 0.05 to 5 mm before rolling, and more preferably 0.1 to 3 mm. The thickness of the aluminum porous sintered body is preferably 0.03 to 3 mm after rolling, and more preferably 0.8 to 2.5 mm.

アルミニウム多孔質焼結体の幅は、一般的には、非水電解質二次電池の形状から決定されるが、複数個分の幅でアルミニウム多孔質焼結体を作製した後、活物質を含有し、圧延した後、スリット等により1個分の幅とすることもできる。   The width of the aluminum porous sintered body is generally determined from the shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery, but after producing the aluminum porous sintered body with a width corresponding to a plurality of widths, an active material is contained. And after rolling, it can also be made into the width | variety for one piece with a slit etc.

アルミニウム多孔質焼結体は、通常、ロール状で作製されるので、アルミニウム多孔質焼結体の長さは、通常、多数個分の長さで作製され、活物質を含有し、圧延した後、カット等により1個分の長さとされる。   Since the aluminum porous sintered body is usually produced in a roll shape, the length of the aluminum porous sintered body is usually produced by a length corresponding to many pieces, contains an active material, and is rolled. The length is one by cutting.

また、アルミニウム多孔質焼結体は、空孔が直線長さ1cm当たりに20個以上形成されることにより、アルミニウム多孔質焼結体の全体気孔率が70〜90%であると、非水電解質二次電池用電極の信頼性および高出力化の観点から好ましく、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー電池等の非水電解質二次電池の正極用集電体として好適に用いられる。   The aluminum porous sintered body has a non-aqueous electrolyte in which the total porosity of the aluminum porous sintered body is 70 to 90% by forming 20 or more pores per 1 cm of linear length. It is preferable from the viewpoint of the reliability and high output of the secondary battery electrode, and is suitably used as a positive electrode current collector of a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery or a lithium ion polymer battery.

集電体は、アルミニウム多孔質焼結体に加えて、さらにアルミニウム箔またはアルムニウム板を備えると高出力化の観点から好ましい。ここで、アルミニウム箔の厚さは、10μm以上50μm未満が好ましく、アルミニウム板の厚さは、50μm以上1mm以下が好ましい。図4に、アルミニウム多孔質焼結体とアルミニウム板を備えた正極用集電体の概念図を示す。なお、アルミニウム板は、図4の左部のように、タブ用にアルミニウム多孔質焼結体が形成されていない部を設けることができる。   In addition to the aluminum porous sintered body, the current collector is preferably provided with an aluminum foil or an aluminum plate from the viewpoint of increasing the output. Here, the thickness of the aluminum foil is preferably 10 μm or more and less than 50 μm, and the thickness of the aluminum plate is preferably 50 μm or more and 1 mm or less. In FIG. 4, the conceptual diagram of the electrical power collector for positive electrodes provided with the aluminum porous sintered compact and the aluminum plate is shown. In addition, the aluminum plate can provide the part in which the aluminum porous sintered compact is not formed for tabs like the left part of FIG.

アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に含有される活物質としては、非水電解質二次電池用正極活物質として使用されるものが挙げられ、リチウムイオンを吸蔵・放出することができるものであれば、特に限定されるものではない。従来、一般的に用いられているものであればよく、具体的には、コバルト、ニッケル、マンガン、チタン、バナジウム、鉄のいずれか一種以上と、リチウムとを含む複合酸化物もしくは塩からなるのが好ましい。これにより、正極活物質が電解質に溶け出さず、大容量の電池とすることができる。   Examples of the active material contained in the pores of the porous aluminum sintered body include those used as a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries, which can occlude and release lithium ions. If there is, it will not be specifically limited. Conventionally, any material may be used as long as it is generally used. Specifically, it is composed of a composite oxide or salt containing at least one of cobalt, nickel, manganese, titanium, vanadium and iron and lithium. Is preferred. Thereby, a positive electrode active material does not melt | dissolve in electrolyte, but it can be set as a high capacity | capacitance battery.

上記正極活物質として、より具体的には、LiCoO等のLi・Co系複合酸化物、LiNiO等のLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMn等のLi・Mn系複合酸化物、LiFeO等のLi・Fe系複合酸化物、LiFePO等の遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物等が挙げられる。この他にも、V、MnO、TiS、MoS、MoO等の遷移金属酸化物や硫化物;PbO、AgO、NiOOH等も用いることができる。この活物質は、平均粒子径が2〜20μmの粉末であると、非水電解質二次電池の高出力化の観点から好ましい。ここで、平均粒子径は、レーザー回折法によって測定する。 It said as a positive electrode active material, more specifically, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, Li · Mn-based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4 And Li · Fe-based composite oxides such as LiFeO 2 and transition metal and lithium phosphate compounds such as LiFePO 4 and sulfuric acid compounds. In addition, transition metal oxides and sulfides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 ; PbO 2 , AgO, NiOOH, and the like can also be used. This active material is preferably a powder having an average particle diameter of 2 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output of the nonaqueous electrolyte secondary battery. Here, the average particle diameter is measured by a laser diffraction method.

また、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に含有される導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛等を挙げることができるが、これらに限定されない。   Examples of the conductive additive contained in the pores of the porous aluminum sintered body include carbon black, acetylene black, ketjen black, natural graphite, and artificial graphite, but are not limited thereto. Not.

アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に含有されるLiイオン導電性物質は、Liイオン導電性があればよく、固体電解質、高分子ゲル電解質のいずれであってもよい。非水電解質は、好ましい一例を以下に示すが、通常の二次電池で用いられるものであればよく、特に限定されない。   The Li ion conductive material contained in the pores of the aluminum porous sintered body only needs to have Li ion conductivity, and may be either a solid electrolyte or a polymer gel electrolyte. The nonaqueous electrolyte is not particularly limited as long as it is used in a normal secondary battery, although a preferred example is shown below.

固体電解質としては、イオン伝導性を有する高分子から構成されるものであれば特に限定されない。例えば、無機系の固体電解質であれば、チオリシコンやLiSiO−LiBOやLiX−LiO−M(X=I,Br,Cl;M=B,Si,P等、m,nは1〜5の数である)等のリチウムイオン導電性ガラス等が挙げられ、高分子系の固体電解質であれば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体等が挙げられる。ポリアルキレンオキシド系高分子は、電解質塩をよく溶解し、また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。ここで、電解質塩としては、LiBOB(リチウムビスオキサイドボレート)、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩等が挙げられる。 The solid electrolyte is not particularly limited as long as it is composed of a polymer having ion conductivity. For example, if the solid electrolyte of an inorganic, Chiorishikon and Li 4 SiO 4 -Li 3 BO 3 or LiX-Li 2 O-M m O n (X = I, Br, Cl; M = B, Si, P , etc. , M and n are numbers from 1 to 5) and the like, and polymer-based solid electrolytes include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), A polymer etc. are mentioned. The polyalkylene oxide polymer exhibits excellent mechanical strength by dissolving the electrolyte salt well and forming a crosslinked structure. Here, as the electrolyte salt, LiBOB (lithium bis oxide borate), LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 inorganic acid anion salts such as, LiCF 3 Examples thereof include organic acid anion salts such as SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, and the like.

高分子ゲル電解質としては、特に限定されないが、イオン伝導性を有する電解質用高分子に電解液を含んだもの、イオン伝導性を持たない電解質用高分子の骨格中に同様の電解液を保持させたもの等が挙げられる。ここで、イオン伝導性を有する電解質用高分子としては、上述した固体電解質等が用いられる。   The polymer gel electrolyte is not particularly limited, but the same electrolyte solution is held in the skeleton of the electrolyte polymer having an ionic conductivity or the electrolyte polymer having no ionic conductivity. And the like. Here, the above-described solid electrolyte or the like is used as the electrolyte polymer having ion conductivity.

また、イオン伝導性を持たない電解質用高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVDF−HFP)共重合体、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のゲル化ポリマーを形成するモノマーが使用できる。ただし、これらに限定されるわけではない。なお、PAN、PMMA等は、どちらかといえばイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する電解質用高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるイオン伝導性を持たない電解質用高分子として例示した。   Examples of the electrolyte polymer having no ion conductivity include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-HFP) copolymer, polyvinyl chloride (PVC), and polyacrylonitrile (PAN). ), Monomers that form gelling polymers such as polymethyl methacrylate (PMMA) can be used. However, it is not necessarily limited to these. Note that PAN, PMMA, etc. are in a class that has almost no ionic conductivity, and therefore can be used as an electrolyte polymer having the above ionic conductivity. It was exemplified as a polymer for electrolyte that does not have ionic conductivity.

高分子ゲル電解質に含まれる電解液としては、上記の電解質塩を含み、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから少なくとも1種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒(可塑剤)を用いたもの等が挙げられる。   The electrolytic solution contained in the polymer gel electrolyte includes the above electrolyte salt, cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC); chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate. Ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; propionic acid Esters such as methyl; Amides such as dimethylformamide; Those using an organic solvent (plasticizer) such as an aprotic solvent in which at least one selected from methyl acetate and methyl formate is mixed Is mentioned.

高分子ゲル電解質中の電解質用高分子(ホストポリマー)と電解液との比率(質量比)は、使用目的等に応じて決定すればよいが、2:98〜90:10の範囲である。これにより、電極活物質層の外周部からの電解質の染み出しについても、絶縁層や絶縁処理部を設けることで効果的にシールすることができる。   The ratio (mass ratio) between the electrolyte polymer (host polymer) and the electrolyte solution in the polymer gel electrolyte may be determined according to the purpose of use, but is in the range of 2:98 to 90:10. Thereby, it can seal effectively also about the oozing-out of the electrolyte from the outer peripheral part of an electrode active material layer by providing an insulating layer and an insulation process part.

アルミニウム多孔質焼結体の空孔内は、結合剤を含むことが好ましい。この結合剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、SBR、ポリイミド等が挙げられるが、これらに限定されない。なお、Liイオン導電性物質として、高分子ゲル電解質を用いる場合には、高分子ゲル電解質を結合剤としても作用させることができる。   The pores of the aluminum porous sintered body preferably contain a binder. Examples of the binder include, but are not limited to, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), SBR, and polyimide. When a polymer gel electrolyte is used as the Li ion conductive material, the polymer gel electrolyte can also act as a binder.

アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、活物質を100〜800質量部含むと、非水電解質二次電池のエネルギー密度向上の観点から好ましく、250〜750質量部含むとより好ましい。ここで、活物質の定量分析は、ICP法で行う。   When 100 to 800 parts by mass of the active material is included with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body, it is preferable from the viewpoint of improving the energy density of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and more preferably 250 to 750 parts by mass. Here, the quantitative analysis of the active material is performed by the ICP method.

アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、導電助剤を1〜100質量部含むと、非水電解質二次電池の高出力化、および活物質の欠落を防止する観点から好ましい。   It is preferable to contain 1 to 100 parts by mass of a conductive additive with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body from the viewpoint of increasing the output of the nonaqueous electrolyte secondary battery and preventing loss of the active material.

アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、Liイオン導電性物質を30〜400質量部含むと、非水電解質二次電池の高出力化の観点から好ましい。   From 30 to 400 parts by mass of the Li ion conductive material with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body, it is preferable from the viewpoint of increasing the output of the nonaqueous electrolyte secondary battery.

アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、結合剤を2〜80質量部含むと、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に活物質を適切に保持し、活物質の欠落を防止する観点から好ましい。   When the binder is included in an amount of 2 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body, the active material is appropriately retained in the pores of the aluminum porous sintered body and the loss of the active material is prevented. It is preferable from the viewpoint.

図5に、本発明の非水電解質二次電池用電極の断面のイメージ図を示す。活物質、導電助剤、結合剤およびLiイオン導電性物質層2は、アルミニウム多孔質焼結体1の空孔3で、金属骨格を被覆し、空孔体積を減少させていると考えられる。   In FIG. 5, the image figure of the cross section of the electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this invention is shown. It is considered that the active material, the conductive auxiliary agent, the binder, and the Li ion conductive material layer 2 cover the metal skeleton with the pores 3 of the aluminum porous sintered body 1 and reduce the pore volume.

なお、本発明においては、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に、活物質、導電助剤およびLiイオン導電性物質が含まれているが、集電体であるアルミニウム多孔質焼結体とセパレーター間にも、活物質、導電助剤およびLiイオン導電性物質が含まれ得る。本発明においては、非水電解質二次電池内の活物質、導電助剤およびLiイオン導電性物質の合計100質量部に対して、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に含まれる活物質、導電助剤およびLiイオン導電性物質が60〜95質量部であると、非水電解質二次電池の高出力化の観点から好ましい。   In the present invention, the pores of the aluminum porous sintered body contain an active material, a conductive additive, and a Li ion conductive material. An active material, a conductive assistant, and a Li ion conductive material may be included between the separators. In the present invention, the active material contained in the pores of the porous aluminum sintered body with respect to a total of 100 parts by mass of the active material in the nonaqueous electrolyte secondary battery, the conductive auxiliary agent and the Li ion conductive material, It is preferable from a viewpoint of the high output of a nonaqueous electrolyte secondary battery that a conductive support agent and Li ion conductive material are 60-95 mass parts.

本発明の非水電解質二次電池用電極を使用するときの非水電解質としては、上述した電解液が挙げられるが、通常の二次電池で用いられるものであればよく、特に限定されない。   Examples of the non-aqueous electrolyte when using the electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention include the above-described electrolyte solution, and any non-aqueous electrolyte may be used as long as it is used in a normal secondary battery.

〔非水電解質二次電池用電極の製造方法〕
本発明の非水電解質二次電池用電極は、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、かつ前記金属骨格にAlTi系化合物が分散しているアルミニウム多孔質焼結体の空孔に、活物質、導電助剤およびLiイオン導電性物質を含むスラリーを充填し、乾燥した後、圧延をすることにより製造することができる。
[Method for producing electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery]
The electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a metal skeleton having a three-dimensional network structure, has pores between the metal skeletons, and an Al 3 Ti compound is dispersed in the metal skeleton. The pores of the aluminum porous sintered body are filled with a slurry containing an active material, a conductive additive and a Li ion conductive material, dried, and then rolled.

アルミニウム多孔質焼結体は、以下により、製造することができる。   The aluminum porous sintered body can be manufactured as follows.

まず、アルミニウム粉末に、チタンおよび/または水素化チタン粉末を混合して、アルミニウム混合原料粉末とするアルミニウム混合原料粉末を調製する(アルミニウム混合原料粉末調製工程)。このアルミニウム混合原料粉末に、水溶性樹脂結合剤と水と可塑剤とを混合して、粘性組成物を調製する(粘性組成物調製工程)。この粘性組成物に気泡を混合させた状態で乾燥させて、焼結前成形体とし(焼結前工程)、焼結前成形体を非酸化性雰囲気下、630(℃)≦加熱焼成温度(T)<660(℃)で、加熱焼成する(焼結工程)。   First, an aluminum mixed raw material powder is prepared by mixing titanium powder and / or titanium hydride powder with aluminum powder to obtain an aluminum mixed raw material powder (aluminum mixed raw material powder preparation step). The aluminum mixed raw material powder is mixed with a water-soluble resin binder, water, and a plasticizer to prepare a viscous composition (viscous composition preparation step). The viscous composition is dried in a state where air bubbles are mixed to form a pre-sintered molded body (pre-sintering process), and the pre-sintered molded body is 630 (° C.) ≦ heating and firing temperature (non-oxidizing atmosphere) T) <660 (° C.) and heat firing (sintering process).

このアルミニウム混合原料粉末調製工程では、アルミニウム粉末の平均粒子径が、好ましくは2〜200μm、より好ましくは2〜100μm、さらに好ましくは7μm〜40μmの範囲内のものが用いられる。ここで、平均粒子径は、レーザー回折法で測定される。   In this aluminum mixed raw material powder preparation step, an average particle diameter of the aluminum powder is preferably 2 to 200 μm, more preferably 2 to 100 μm, and still more preferably 7 μm to 40 μm. Here, the average particle diameter is measured by a laser diffraction method.

チタンを含む焼結助剤は、アルミニウム、およびチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含むことが好ましい。   The sintering aid containing titanium preferably contains 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to 100 parts by mass in total of aluminum and titanium.

水素化チタンの平均粒子径は、0.1(μm)≦r≦30(μm)が好ましいが、より好ましくは4(μm)≦r≦20(μm)である。水素化チタンの平均粒径が、0.1μmより小さいと、自然発火する恐れがあり、30μmを超えると、焼結体に所望の強さが得られなくなるためである。水素化チタンの配合量は、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)が好ましい。0.1質量%よりも少ないと焼結が不十分となり、一方、焼結助剤粉末の配合比Wが20質量%を超えると、焼結体が脆くなって、所望の多孔質焼結体が得られないようになるからである。   The average particle size of titanium hydride is preferably 0.1 (μm) ≦ r ≦ 30 (μm), more preferably 4 (μm) ≦ r ≦ 20 (μm). This is because if the average particle size of titanium hydride is smaller than 0.1 μm, spontaneous ignition may occur, and if it exceeds 30 μm, desired strength cannot be obtained in the sintered body. The blending amount of titanium hydride is preferably 0.1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%). If the amount is less than 0.1% by mass, the sintering becomes insufficient. On the other hand, if the blending ratio W of the sintering aid powder exceeds 20% by mass, the sintered body becomes brittle and the desired porous sintered body is obtained. It is because it becomes impossible to obtain.

次に、粘性組成物調製工程では、上記アルミニウム混合原料粉末に、水溶性樹脂バインダー、可塑剤、蒸留水、界面活性剤を、それぞれ加える。   Next, in the viscous composition preparation step, a water-soluble resin binder, a plasticizer, distilled water, and a surfactant are added to the aluminum mixed raw material powder, respectively.

そして、これらを混練した後に、さらに炭素数5〜8非水溶性炭化水素系有機溶剤を混合することにより発泡させ、気泡の混合した粘性組成物を調整する。この炭素数5〜8非水溶性炭化水素系有機溶剤としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンおよびオクタンからなる群から選択される少なくとも一種が使用可能である。   And after kneading | mixing these, it is made to foam by mixing a C5-C8 water-insoluble hydrocarbon-type organic solvent, and the viscous composition with which the bubble was mixed is adjusted. As the water-insoluble hydrocarbon organic solvent having 5 to 8 carbon atoms, at least one selected from the group consisting of pentane, hexane, heptane and octane can be used.

次の焼結前工程では、帯状のポリエチレンシート箔に、粘性組成物を厚さ0.05mm〜5mmの厚さになるように、ドクターブレード法、スラリー押出し法またはスクリーン印刷法等で塗布した後、周囲の温度および湿度を一定時間管理して、気泡を整寸化した後、大気乾燥機にて温度70℃で乾燥させる。ここで、アルミニウム箔の厚さは、機械的な強さの観点から、10μm以上50μm未満が好ましく、15μm以上25μm以下がより好ましい。   In the next pre-sintering step, after the viscous composition is applied to the belt-like polyethylene sheet foil by a doctor blade method, a slurry extrusion method or a screen printing method so as to have a thickness of 0.05 mm to 5 mm. Then, the ambient temperature and humidity are controlled for a certain period of time to size the bubbles, and then dried at a temperature of 70 ° C. in an air dryer. Here, from the viewpoint of mechanical strength, the thickness of the aluminum foil is preferably 10 μm or more and less than 50 μm, and more preferably 15 μm or more and 25 μm or less.

そして、乾燥後の粘性組成物を、ポリエチレンシートから剥がし、所望の形状に切り出し、焼結前成形体が得られる。   And the viscous composition after drying is peeled off from a polyethylene sheet, it cuts out in a desired shape, and the molded object before sintering is obtained.

次の焼結工程では、上記焼結前成形体を、ジルコニア等の敷粉を敷いたアルミナセッターの上に載置して、露点が−20℃以下のアルゴン雰囲気中、520℃で1時間加熱保持する仮焼成を行う。これにより、焼結前成形体の水溶性樹脂結合剤成分、可塑剤成分、蒸留水および界面活性剤のバインダー溶液を揮発および/または分解させる脱バインダーが行われるとともに、焼結助剤粉末として水素化チタンを用いた場合には脱水素化がされる。   In the next sintering step, the above-mentioned pre-sintered compact is placed on an alumina setter coated with a powder such as zirconia and heated at 520 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere with a dew point of −20 ° C. or lower. Pre-baking is performed. As a result, debinding that volatilizes and / or decomposes the binder solution of the water-soluble resin binder component, plasticizer component, distilled water, and surfactant in the pre-sintered molded body is performed, and hydrogen is used as the sintering aid powder. When titanium fluoride is used, dehydrogenation is performed.

この後、仮焼成後の焼結前成形体を、630(℃)≦加熱焼成温度(T)<660(℃)で加熱焼成することにより、アルミニウム複合体が得られる。   Thereafter, the pre-sintered shaped body after temporary firing is heated and fired at 630 (° C.) ≦ heating and firing temperature (T) <660 (° C.) to obtain an aluminum composite.

なお、焼結工程における加熱焼成は、アルミニウム粒子表面、チタン粒子表面およびニッケル粒子表面の酸化被膜の成長を抑制するため、非酸化性雰囲気下で行う必要がある。但し、加熱温度が400℃以下で30分間程度保持の条件であれば、空気中で加熱しても、アルミニウム粒子表面、チタン粒子表面およびニッケル粒子表面の酸化被膜はさほど成長しないので、例えば、焼結前成形体を、空気中で300℃〜400℃に10分間程度加熱保持して脱バインダーした後、アルゴン雰囲気中で所定の温度に加熱して焼成してもよい。   In addition, in order to suppress the growth of the oxide film on the surface of an aluminum particle, the surface of a titanium particle, and the surface of a nickel particle, it is necessary to perform the heat baking in a sintering process in a non-oxidizing atmosphere. However, if the heating temperature is 400 ° C. or lower and maintained for about 30 minutes, the oxide film on the aluminum particle surface, titanium particle surface and nickel particle surface does not grow much even when heated in air. The formed compact may be heated and held at 300 ° C. to 400 ° C. in air for about 10 minutes to remove the binder, and then heated and fired at a predetermined temperature in an argon atmosphere.

ここで、非酸化性雰囲気とは、不活性雰囲気または還元性雰囲気を含み、アルミニウム混合原料粉末を酸化させない雰囲気であることを意味する。また、上述の加熱焼成温度は、アルミニウム混合原料粉末の温度ではなく、すなわち、アルミニウム混合原料粉末の反応温度などを測定したものでなく、アルミニウム混合原料粉末の周囲の保持温度を意味するものである。   Here, the non-oxidizing atmosphere means an atmosphere that includes an inert atmosphere or a reducing atmosphere and does not oxidize the aluminum mixed raw material powder. In addition, the above-described heating and firing temperature is not the temperature of the aluminum mixed raw material powder, that is, does not measure the reaction temperature of the aluminum mixed raw material powder, but means the holding temperature around the aluminum mixed raw material powder. .

これにより得られたアルミニウム複合体のアルミニウム多孔質焼結体は、三次元網目構造の金属骨格を有し、金属骨格間に空孔を有しており、かつ金属焼結体に、ほぼ均一にAlTi系化合物が分散している。また、アルミニウム多孔質焼結体は、上記粘性組成物調製工程でのスラリー発泡時の気泡に由来する空孔と、焼結体であることに由来する金属骨格自体に形成される気孔との2種類の形態の異なる孔を有する。 The aluminum porous sintered body of the aluminum composite obtained in this manner has a metal skeleton with a three-dimensional network structure, has pores between the metal skeletons, and is almost uniformly in the metal sintered body. The Al 3 Ti compound is dispersed. In addition, the aluminum porous sintered body is composed of 2 pores derived from bubbles at the time of slurry foaming in the above viscous composition preparation step and pores formed in the metal skeleton itself derived from being a sintered body. Has different types of holes.

次に、アルミニウム多孔質焼結体とアルミニウム箔を備える集電体の製造方法を説明する。このときには、粘性組成物を、帯状のアルミニウム箔上に塗布し、乾燥後の粘性組成物をアルミニウム箔と共に、所望の形状に切り出す以外は、上記のアルミニウム多孔質焼結体と同様にして製造することができる。なお、アルミニウム箔の厚さは、機械的な強さの観点から、10μm以上50μm未満が好ましく、15μm以上25μm以下がより好ましい。   Next, the manufacturing method of a collector provided with an aluminum porous sintered body and an aluminum foil will be described. At this time, the viscous composition is applied onto a strip-shaped aluminum foil, and the dried viscous composition is cut into a desired shape together with the aluminum foil. be able to. The thickness of the aluminum foil is preferably 10 μm or more and less than 50 μm, and more preferably 15 μm or more and 25 μm or less from the viewpoint of mechanical strength.

次に、アルミニウム多孔質焼結体とアルミニウム板を備える集電体の製造方法を説明する。このときには、チタンを含む焼結助剤に、さらにニッケルを含有させることが好ましい。   Next, the manufacturing method of a collector provided with an aluminum porous sintered body and an aluminum plate will be described. At this time, it is preferable to further add nickel to the sintering aid containing titanium.

焼結助剤は、アルミニウム、ニッケル、およびチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含むことが好ましく、ニッケルを含む焼結助剤は、アルミニウム、ニッケル、およびチタンの合計100質量部に対して、ニッケルを0.2〜2質量部含むことが好ましい。ここで、ニッケル粉末の平均粒子径はアルミニウムの平均粒子径よりも小さいものが望ましく、例えば平均粒子径0.5μm〜3μm、さらに好ましくは0.8μm〜2μmのものが好ましい。ニッケル粉の配合量が少なすぎると焼結促進効果が発揮されず、一方、多すぎると、焼結体に直径0.5mm以上の、目視可能な液滴球状のアルミニウムの粗大粒子が生成するようになることから、ニッケル粉の配合量は0.2〜2質量部、さらに好ましくは0.4〜1.4質量部含むことが好ましい。   The sintering aid preferably contains 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to a total of 100 parts by mass of aluminum, nickel and titanium, and the sintering aid containing nickel is aluminum, nickel and titanium. It is preferable that 0.2-2 mass parts of nickel is included with respect to 100 mass parts in total. Here, the average particle diameter of the nickel powder is desirably smaller than the average particle diameter of aluminum. For example, the average particle diameter is preferably 0.5 μm to 3 μm, more preferably 0.8 μm to 2 μm. If the amount of nickel powder is too small, the effect of promoting the sintering will not be exhibited. On the other hand, if the amount is too large, coarse particles of visible droplet spherical aluminum having a diameter of 0.5 mm or more are generated in the sintered body. Therefore, the blending amount of nickel powder is preferably 0.2 to 2 parts by mass, more preferably 0.4 to 1.4 parts by mass.

次の焼結前工程では、帯状のアルミニウム箔に、粘性組成物を厚さ0.05mm〜5mmの厚さになるように、ドクターブレード法、スラリー押出し法またはスクリーン印刷法等で塗布した後、周囲の温度および湿度を一定時間管理して、気泡を整寸化した後、大気乾燥機にて温度70℃で乾燥させる。ここでの好ましいアルミニウム箔の厚さは、上記のとおりである。   In the next pre-sintering step, after applying the viscous composition to the strip-shaped aluminum foil by a doctor blade method, a slurry extrusion method or a screen printing method so as to have a thickness of 0.05 mm to 5 mm, Ambient temperature and humidity are controlled for a certain period of time to size the bubbles and then dried at 70 ° C. in an air dryer. The preferable thickness of the aluminum foil here is as described above.

そして、乾燥後の粘性組成物をアルミニウム箔と共に、所望の形状に切り出し、所望の形状のアルミニウム板上に、アルミニウム箔側を載置して、焼結前成形体が得られる。アルミニウム板上にアルミ箔を存在させることにより、アルミニウム混合原料粉末が焼結時に収縮するときに、アルミニウム箔をアルミニウム板上で滑らせ、アルミニウム多孔質焼結体の割れを防止することができる。焼結工程は、アルミニウム多孔質焼結体と同様である。   And the viscous composition after drying is cut out to desired shape with aluminum foil, and the aluminum foil side is mounted on the aluminum plate of desired shape, and a pre-sintered molded object is obtained. By making aluminum foil exist on an aluminum plate, when aluminum mixed raw material powder shrink | contracts at the time of sintering, aluminum foil can be slid on an aluminum plate and the crack of an aluminum porous sintered compact can be prevented. The sintering process is the same as that of the porous aluminum sintered body.

次に、活物質、導電助剤およびLiイオン導電性物質、場合により結合剤を含むスラリーは、例えば、以下のようにして得ることができる。まず、活物質、導電助剤、Liイオン導電性物質等を均一に混合した後、有機溶媒を加えて、スラリーとする。または、導電助剤を有機溶媒に分散した後、活物質、Liイオン導電性物質等を加える、あるいは、結合剤を有機溶媒に溶解、または均一に分散させ、この混合液と活物質粉末、導電助剤、Liイオン導電性物質を混合してスラリーとする、等の方法があるが、特に限定されない。このとき、用いる装置は、プラネタリーミキサー、ボールミル、ヘンシェルミキサー等の当業者が通常使用するものでよい。ここで、有機溶媒は、次のアルミニウム多孔質焼結体を、スラリーに浸漬させる工程で、アルミニウム多孔質焼結体にスラリーが容易に浸漬できる粘度、例えば10〜60Pa・s、となるように加えることが好ましい。なお、Liイオン導電性物質がLiPF等の電解質塩を含む場合には、まず、活物質、導電助剤および結合剤を含むスラリーを作製し、塗布、乾燥した後、Liイオン導電性物質を含むスラリー含浸させる方法も好ましい。 Next, a slurry containing an active material, a conductive assistant and a Li ion conductive material, and optionally a binder, can be obtained, for example, as follows. First, after an active material, a conductive additive, a Li ion conductive material, and the like are uniformly mixed, an organic solvent is added to form a slurry. Alternatively, after dispersing the conductive assistant in an organic solvent, an active material, a Li ion conductive material, or the like is added, or the binder is dissolved or uniformly dispersed in an organic solvent. There are methods such as mixing an auxiliary agent and a Li ion conductive substance to form a slurry, but there is no particular limitation. At this time, the apparatus to be used may be those normally used by those skilled in the art, such as a planetary mixer, a ball mill, and a Henschel mixer. Here, the organic solvent has a viscosity that allows the slurry to be easily immersed in the aluminum porous sintered body in the step of immersing the next aluminum porous sintered body in the slurry, for example, 10 to 60 Pa · s. It is preferable to add. When the Li ion conductive material contains an electrolyte salt such as LiPF 6 , first, a slurry containing an active material, a conductive auxiliary agent and a binder is prepared, applied and dried, and then the Li ion conductive material is added. A slurry impregnation method is also preferred.

上記結合剤を溶解または分散させる有機溶媒としては、テトラヒドロフラン(以下、THFという)、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレン、N−メチルピロリドン、アセトン、アセトニトリル、ジメチルカーボネート、酢酸エチル、酢酸ブチル等が使用できるが、乾燥により選択的にこの有機溶媒を除去するため、THF、アセトン等の沸点100℃以下の揮発性の有機溶媒、あるいは結合剤の溶解能力が高いN−メチルピロリドンが好ましい。   Examples of the organic solvent for dissolving or dispersing the binder include tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF), methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, xylene, N-methylpyrrolidone, acetone, acetonitrile, dimethyl carbonate, ethyl acetate, butyl acetate, and the like. Although it can be used, in order to selectively remove this organic solvent by drying, a volatile organic solvent having a boiling point of 100 ° C. or lower such as THF or acetone, or N-methylpyrrolidone having a high ability to dissolve a binder is preferable.

次に、アルミニウム多孔質焼結体の空孔に、活物質のスラリーを充填し、乾燥する。充填させる方法は、アルミニウム多孔質焼結体を活物質のスラリーにディッピングする方法、アルミニウム多孔質焼結体の上部からスラリーを注ぐ方法等が挙げられ、さらに、2本のロール間を通したり、へらでこすったりして表面に付着した余剰の活物質のスラリーを内部に押し込むことによって、より効果的にアルミニウム多孔質焼結体の空孔に活物質を充填することができる。乾燥は、大気中で放置してもよく、乾燥機等を用いてもよい。乾燥後、アルミニウム多孔質焼結体と、活物質およびLiイオン導電性物質等との質量比を測定し、活物質およびLiイオン導電性物質等の質量比が低い場合には、再度、浸漬・乾燥を繰り返し、所望量とすることができる。他方、活物質およびLiイオン導電性物質等の質量比が高い場合には、スラリーの粘性を低くして、浸漬・乾燥をやり直し、所望量とすることができる。   Next, the pores of the aluminum porous sintered body are filled with the slurry of the active material and dried. Examples of the filling method include a method of dipping the aluminum porous sintered body into the slurry of the active material, a method of pouring the slurry from the upper part of the aluminum porous sintered body, and further, passing between two rolls, The active material can be more effectively filled into the pores of the aluminum porous sintered body by pushing the surplus active material slurry adhering to the surface with a spatula into the inside. Drying may be left in the air, or a dryer or the like may be used. After drying, the mass ratio between the porous aluminum sintered body and the active material and the Li ion conductive material is measured. When the mass ratio of the active material and the Li ion conductive material is low, Drying can be repeated to achieve the desired amount. On the other hand, when the mass ratio of the active material and the Li ion conductive material is high, the viscosity of the slurry can be lowered, and dipping and drying can be performed again to obtain a desired amount.

次に、活物質、導電助剤およびLiイオン導電性物質を含むアルミニウム多孔質焼結体を圧延し、非水電解質二次電池用電極を得る。本発明のアルミニウム多孔質焼結体は、金属骨格にAl−Ti化合物が分散しており、強度、特に引張り強度が高いので、アルミニウム多孔質焼結体を所望の厚さまで、圧延することができ、電極体の空隙率を減少させ、電極密度を高めることができる。ここで、電極厚さは、0.03〜3mmであると、好ましい。ここで、プレス等によってもアルミニウム多孔質焼結体の密度を高くすることができるが、生産性の観点から圧延が好ましい。なお、Liイオン導電性物質に、LiPF等の電解質塩を含む場合には、スラリー作製から非水電解質二次電池を作製するまでの工程を、不活性ガスで置換されたグローブボックスまたはドライルーム内で行うことが好ましい。 Next, the aluminum porous sintered body containing an active material, a conductive additive, and a Li ion conductive material is rolled to obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery electrode. Since the aluminum porous sintered body of the present invention has an Al-Ti compound dispersed in a metal skeleton and has high strength, particularly tensile strength, the aluminum porous sintered body can be rolled to a desired thickness. It is possible to decrease the porosity of the electrode body and increase the electrode density. Here, the electrode thickness is preferably 0.03 to 3 mm. Here, the density of the aluminum porous sintered body can be increased by pressing or the like, but rolling is preferable from the viewpoint of productivity. When the Li ion conductive material contains an electrolyte salt such as LiPF 6 , the steps from slurry production to production of the nonaqueous electrolyte secondary battery are the same as the glove box or dry room substituted with inert gas. It is preferable to carry out within.

本発明の非水電解質二次電池用電極は、高出力で、高信頼性の非水電解質二次電池に、非常に有効に利用される。   The electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is very effectively used for a high-output and highly reliable non-aqueous electrolyte secondary battery.

以下、実施例により、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these.

〔アルミニウム多孔質焼結体からなる集電体1の製造〕
上述の実施の形態にしたがって、アルミニウム多孔質焼結体を製造した。まず、平均粒子径:24μmのアルミニウム粉末(不純物として、Fe:0.15質量%、Si:0.05質量%およびNi:0.01質量%を含む)と、平均粒子径9.1μmの水素化チタン粉末を、アルミニウム粉末と水素化チタン粉末の質量比が、99:1となるように合計500gで混合し、アルミニウム混合原料粉末を調製した。
[Production of current collector 1 made of aluminum porous sintered body]
According to the above-described embodiment, an aluminum porous sintered body was manufactured. First, an aluminum powder having an average particle diameter of 24 μm (containing impurities: Fe: 0.15 mass%, Si: 0.05 mass% and Ni: 0.01 mass%), and hydrogen having an average particle diameter of 9.1 μm The titanium halide powder was mixed at a total of 500 g so that the mass ratio of the aluminum powder and the titanium hydride powder was 99: 1 to prepare an aluminum mixed raw material powder.

バインダー溶液は、バインダー溶液:100質量部に対して、メチルセルロース:0.1質量部、エチルセルロース:2.9質量部、グリセリン:3質量部、ポリエチレングリコール:3質量部、アルキルベタイン:0.5質量部、残部水の比率で、合計500gで調製した。   Binder solution: 100 parts by mass of binder solution: 0.1 parts by mass of methyl cellulose, 2.9 parts by mass of ethyl cellulose, 3 parts by mass of glycerin, 3 parts by mass of polyethylene glycol, 0.5 parts by mass of alkyl betaine It was prepared in a total of 500 g at a ratio of part and remaining water.

アルミニウム混合原料粉末:50質量部と、バインダー溶液:49質量部と、ヘキサン:1質量部を合計500gで混合して、粘性組成物を調製した。   Aluminum mixed raw material powder: 50 parts by mass, binder solution: 49 parts by mass, and hexane: 1 part by mass were mixed in a total of 500 g to prepare a viscous composition.

次に、この粘性組成物を、ドクターブレード法にて剥離剤が塗布されたポリエチレンシート上に引き伸ばして塗布し、温度および湿度を一定時間保持するよう管理して、気泡を整寸化した後、大気乾燥機にて温度70℃で乾燥させた。このときの粘性組成物の塗布厚さは、0.35mmであり、上記温度は35℃、湿度は90分、および保持時間は20分であった。続く乾燥は、70℃で50分間行った。そして、乾燥後の粘性組成物を、ポリエチレンシートから剥がし、直径100mmの円形に切り出して、焼結前成形体を得た。   Next, this viscous composition is stretched and applied onto a polyethylene sheet coated with a release agent by the doctor blade method, and the temperature and humidity are controlled to be maintained for a certain period of time. It dried at the temperature of 70 degreeC with the air dryer. The coating thickness of the viscous composition at this time was 0.35 mm, the temperature was 35 ° C., the humidity was 90 minutes, and the holding time was 20 minutes. Subsequent drying was performed at 70 ° C. for 50 minutes. And the viscous composition after drying was peeled off from the polyethylene sheet, and it cut out to the circular shape of diameter 100mm, and obtained the molded object before sintering.

この焼結前成形体を、ジルコニア敷粉を敷いたアルミナセッターの上に載置して、アルゴン気流雰囲気中で仮焼成(脱バインダー)を行った後に、加熱焼成し、多孔質アルミニウム多孔質焼結体の集電体1を得た。脱バインダーは、520℃で30分間行った。加熱焼成は、アルゴン雰囲気中、663℃で30分間行い、集電体1を得た。得られた集電体1の厚さは、1.2mmであった。集電体1を、X線回折で観察した結果、AlとAlTi化合物が確認された。 This pre-sintered compact is placed on an alumina setter with zirconia bedding and pre-fired (debindered) in an argon stream, then heat-fired and porous aluminum porous fired. A consolidated current collector 1 was obtained. Debinding was performed at 520 ° C. for 30 minutes. Heating and baking were performed at 663 ° C. for 30 minutes in an argon atmosphere to obtain a current collector 1. The thickness of the obtained current collector 1 was 1.2 mm. As a result of observing the current collector 1 by X-ray diffraction, Al and an Al 3 Ti compound were confirmed.

次に、アルミニウム多孔質焼結体1を、圧下率20%にてロール圧延を行い、割れの無いことを黙視にて確認をした。   Next, the aluminum porous sintered body 1 was roll-rolled at a reduction rate of 20%, and it was confirmed silently that there was no crack.

〔アルミニウム多孔質焼結体とアルミニウム箔を備えた集電体2の製造〕
粘性組成物を、ドクターブレード法にて剥離剤が塗布されたアルミニウム箔上に引き伸ばして塗布したことと、乾燥後の粘性組成物を、アルミニウム箔とともに、直径100mmの円形に切り出して、焼結前成形体を得たこと以外は、集電体1と同様にして、集電体2を製造した。
[Production of current collector 2 provided with an aluminum porous sintered body and aluminum foil]
The viscous composition was stretched and applied on an aluminum foil coated with a release agent by the doctor blade method, and the dried viscous composition was cut into a circle with a diameter of 100 mm together with the aluminum foil before sintering. A current collector 2 was produced in the same manner as the current collector 1 except that a molded body was obtained.

〔アルミニウム多孔質焼結体とアルミニウム板を備えた集電体3の製造〕
まず、平均粒子径:24μmのアルミニウム粉末(不純物として、Fe:0.15質量%、Si:0.05質量%およびNi:0.01質量%を含む)と、平均粒子径1μmのニッケル粉末と、平均粒子径9.1μmの水素化チタン粉末を、アルミニウム粉末とニッケル粉末と水素化チタン粉末の質量比が、94:1:5となるように合計500gで混合し、アルミニウム混合原料粉末を調製した。
[Production of current collector 3 provided with an aluminum porous sintered body and an aluminum plate]
First, an aluminum powder having an average particle diameter of 24 μm (including impurities: Fe: 0.15 mass%, Si: 0.05 mass% and Ni: 0.01 mass%), and nickel powder having an average particle diameter of 1 μm The titanium hydride powder having an average particle diameter of 9.1 μm is mixed in a total of 500 g so that the mass ratio of the aluminum powder, the nickel powder and the titanium hydride powder is 94: 1: 5 to prepare an aluminum mixed raw material powder. did.

バインダー溶液は、バインダー溶液:100質量部に対して、メチルセルロース:0.1質量部、エチルセルロース:2.9質量部、グリセリン:3質量部、ポリエチレングリコール:3質量部、アルキルベタイン:0.5質量部、残部水の比率で、合計500gで調製した。   Binder solution: 100 parts by mass of binder solution: 0.1 parts by mass of methyl cellulose, 2.9 parts by mass of ethyl cellulose, 3 parts by mass of glycerin, 3 parts by mass of polyethylene glycol, 0.5 parts by mass of alkyl betaine It was prepared in a total of 500 g at a ratio of part and remaining water.

アルミニウム混合原料粉末:50質量部と、バインダー溶液:49質量部と、ヘキサン:1質量部を合計500gで混合して、粘性組成物を調製した。   Aluminum mixed raw material powder: 50 parts by mass, binder solution: 49 parts by mass, and hexane: 1 part by mass were mixed in a total of 500 g to prepare a viscous composition.

次に、この粘性組成物を、ドクターブレード法で、厚さ:20μmのアルミニウム箔上に引き伸ばして塗布し、温度および湿度を一定時間保持するよう管理して、気泡を整寸化した後、大気乾燥機にて温度70℃で乾燥させた。このときの粘性組成物の塗布厚さは、0.35mmであり、上記温度は35℃、湿度は90分、および保持時間は20分であった。続く乾燥は、70℃で50分間行った。そして、乾燥後の粘性組成物をアルミニウム箔と共に、50mm×70mmの長方形に切り出して、厚さ:0.5mm、60mm×90mmのアルミニウム板上に載置し、焼結前成形体を得た。   Next, this viscous composition is stretched and applied onto an aluminum foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade method, and the temperature and humidity are controlled to be maintained for a certain period of time. It dried at the temperature of 70 degreeC with the dryer. The coating thickness of the viscous composition at this time was 0.35 mm, the temperature was 35 ° C., the humidity was 90 minutes, and the holding time was 20 minutes. Subsequent drying was performed at 70 ° C. for 50 minutes. And the viscous composition after drying was cut out to the rectangle of 50 mm x 70 mm with aluminum foil, and it mounted on the aluminum plate of thickness: 0.5 mm and 60 mm x 90 mm, and obtained the compact before sintering.

この焼結前成形体を、アルゴン気流雰囲気中で仮焼成(脱バインダー)を行った後に、加熱焼成して、集電体3を得た。脱バインダーは、520℃で30分間行った。加熱焼成は、アルゴン雰囲気中、650℃で30分間行い、集電体3を得た。得られた集電体3は、アルミニウム多孔質体部位が45mm×63mmに焼結収縮してアルミニウム板に接合し、アルミニウム多孔質体接合部位の全体厚さは、1.2mmであった。集電体3のアルミニウム多孔質焼結体部位を、X線回折で観察した結果、AlとAlTi化合物が確認された。また、図1に、得られた集電体1のSEM写真を、図2および図3に、その一部拡大写真を、それぞれ示す。 The pre-sintered compact was calcined (debindered) in an argon stream atmosphere and then heated and calcined to obtain a current collector 3. Debinding was performed at 520 ° C. for 30 minutes. Heating and baking were performed at 650 ° C. for 30 minutes in an argon atmosphere to obtain a current collector 3. In the obtained current collector 3, the aluminum porous body portion was sintered and contracted to 45 mm × 63 mm and joined to the aluminum plate, and the total thickness of the aluminum porous body joined portion was 1.2 mm. As a result of observing the aluminum porous sintered body portion of the current collector 3 by X-ray diffraction, Al and an Al 3 Ti compound were confirmed. FIG. 1 shows an SEM photograph of the current collector 1 obtained, and FIGS. 2 and 3 show partially enlarged photographs thereof, respectively.

〔非水電解質二次電池用電極の製造〕
(実施例1)
[Manufacture of electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries]
Example 1

活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)粉末と、導電材としてケッチェンブラック(KB)と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、質量比80:10:10で、合計200g混合して正極剤を調製し、この正極剤に溶剤としてN−メチル−2ピロリドン162gを混合して正極活物質スラリーを調製した。次いで、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(エルフアトケム製、Kynar2801:ヘキサフルオロプロピレン12wt%含有品)40gを、ジメチルカーボネート200gに60℃で溶解した後、1M LiPF/EC+PC(1:1(体積比))の非水電解質80gを撹拌混合し、Liイオン導電性物質スラリーを調整した。 Lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) powder as an active material, ketjen black (KB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are mixed at a mass ratio of 80:10:10 in a total of 200 g. A positive electrode agent was prepared, and 162 g of N-methyl-2pyrrolidone as a solvent was mixed with the positive electrode agent to prepare a positive electrode active material slurry. Next, after dissolving 40 g of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (manufactured by Elf Atchem, Kynar 2801: containing 12 wt% hexafluoropropylene) in 200 g of dimethyl carbonate at 60 ° C., 1M LiPF 6 / EC + PC (1: 1 ( 80 g of the nonaqueous electrolyte of volume ratio)) was mixed with stirring to prepare a Li ion conductive material slurry.

次に、この正極活物質スラリーに、作製した集電体1を10分間浸漬し、取り出して乾燥させ、続いて、Liイオン導電性物質スラリーに10分間浸漬し、取り出して乾燥させた後に、圧延して厚さ0.5mmの実施例1のリチウムイオン電池の正極を作製した。ここで、Liイオン導電性物質スラリーに、集電体1を浸漬し、乾燥した後、圧延前に、集電体1表面に付着したLiイオン導電性物質スラリーを拭き取り、ほぼ全量の活物質、導電助剤およびLiイオン導電性物質が、集電体1の空孔内に含まれるようにした。   Next, the produced current collector 1 is dipped in this positive electrode active material slurry for 10 minutes, taken out and dried, then dipped in Li ion conductive material slurry for 10 minutes, taken out and dried, and then rolled. Thus, a positive electrode of the lithium ion battery of Example 1 having a thickness of 0.5 mm was produced. Here, the current collector 1 is immersed in the Li ion conductive material slurry, dried, and before rolling, the Li ion conductive material slurry adhering to the surface of the current collector 1 is wiped off to obtain almost the entire amount of active material, The conductive assistant and the Li ion conductive substance were included in the pores of the current collector 1.

(実施例2、3)
実施例2は、集電体1の替わりに集電体2を使用した以外は、実施例1と同様にして、実施例3は、集電体1の替わりに集電体3を使用した以外は、実施例1と同様にして、リチウムイオン電池の正極を行った。なお、実施例2、3のいずれも集電体のアルミニウム多孔質焼結体側を、正極活物質スラリーおよびLiイオン導電性物質スラリーに浸漬した。
(Examples 2 and 3)
Example 2 was the same as Example 1 except that the current collector 2 was used instead of the current collector 1, and Example 3 was the same except that the current collector 3 was used instead of the current collector 1. In the same manner as in Example 1, a positive electrode of a lithium ion battery was performed. In all of Examples 2 and 3, the aluminum porous sintered body side of the current collector was immersed in the positive electrode active material slurry and the Li ion conductive material slurry.

(従来例1)
従来例1の発泡アルミニウムとしては、従来技術の第2の方法であるスポンジウレタンを中子にした鋳型にアルミニウムを圧入する方法で製造した30PPIの発泡アルミニウムを用いた。
(Conventional example 1)
As the foamed aluminum of Conventional Example 1, 30 PPI foamed aluminum produced by press-fitting aluminum into a mold having sponge urethane as a core, which is the second method of the prior art, was used.

実施例1で作製した正極活物質スラリーに、従来例1の発泡アルミニウムを10分間浸漬し、取り出して乾燥させた後に、圧延して厚さ0.5mmの従来例1のリチウムイオン電池の正極を作製した。   The foamed aluminum of Conventional Example 1 is immersed in the positive electrode active material slurry prepared in Example 1 for 10 minutes, taken out, dried, and then rolled to form a positive electrode of the lithium ion battery of Conventional Example 1 having a thickness of 0.5 mm. Produced.

〔非水電解質二次電池用電極の性能試験〕
(放電容量試験)
非水電解質二次電池の試験セルを作製した。図6に、用いた試験セルの構成の模式図を示す。
[Performance test of electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery]
(Discharge capacity test)
A test cell of a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced. FIG. 6 shows a schematic diagram of the configuration of the test cell used.

負極11として、箔状のリチウム金属(厚さ:0.5mm)を、幅:30mm、長さ:40mmに切断し、ニッケル製の負極集電タブ11aを溶接した。   As the negative electrode 11, foil-like lithium metal (thickness: 0.5mm) was cut into a width of 30mm and a length of 40mm, and a negative electrode current collecting tab 11a made of nickel was welded.

次に、上記正極を、幅:30mm、長さ:40mmに切断し、正極10とし、正極10のアルミニウム複合体のアルミニウム箔に、アルミニウム製の正極集電タブ10aを溶接した。また、セパレーター12として、ポリプロピレン微多孔膜(厚さ:20μm)のセパレーター12を幅:32mm、長さ:42mmに切断した。これらを、負極集電タブ11a、負極11、セパレーター12、正極10、正極集電タブ10aの順に重ねて、積層体を作製した。   Next, the positive electrode was cut into a width of 30 mm and a length of 40 mm to form a positive electrode 10, and an aluminum positive electrode current collecting tab 10 a was welded to the aluminum foil of the aluminum composite of the positive electrode 10. Further, as the separator 12, a polypropylene microporous membrane (thickness: 20 μm) separator 12 was cut into a width: 32 mm and a length: 42 mm. These were laminated in order of the negative electrode current collection tab 11a, the negative electrode 11, the separator 12, the positive electrode 10, and the positive electrode current collection tab 10a, and the laminated body was produced.

上記積層体が収容可能な大きさに切断された、一対のアルミニウムラミネートフィルム13a、13bの3辺の溶着部13cをヒートシールし、外装体13とした。   The welded portions 13c on the three sides of the pair of aluminum laminate films 13a and 13b, which were cut to a size that can accommodate the laminated body, were heat-sealed to obtain an exterior body 13.

不活性雰囲気中で、外装体13の開口部からに上記積層体を挿入し、外装体13内に積層体を収容するとともに、1M LiPF/EC+PC(1:1(体積比))の非水電解質を注液した後、この外装体13の開口部をヒートシールして密閉し、試験セルを作製した。 In an inert atmosphere, the laminate is inserted through the opening of the outer package 13, and the laminate is accommodated in the outer package 13, and 1M LiPF 6 / EC + PC (1: 1 (volume ratio)) non-water After injecting the electrolyte, the opening of the outer package 13 was heat sealed and sealed to prepare a test cell.

上記試験セルを、放電レート:2C、放電電圧:4.2〜2.8Vで放電を行った。表1に、これらの結果を示す。   The test cell was discharged at a discharge rate of 2C and a discharge voltage of 4.2 to 2.8V. Table 1 shows these results.

(信頼性試験)
上記試験セルを、充放電レート:2C(CVCC充電で45分)、充放電電圧:2.8〜4.2Vでの条件で、「充電→レスト:15分→放電→レスト:15分」を1サイクルとして、サイクル試験を行った。表1に、100サイクル後の放電容量の結果を示す。また、〔「100サイクル後の放電容量」/「初回の放電容量」〕を容量維持率(単位は「%」)とした。表1に、容量維持率の結果を示す。また、100サイクル試験後の試験セルの膨れの有無を目視で観察した。表1に、これらの結果を示す。
(Reliability test)
The above test cell was charged / discharged at a rate of 2C (45 minutes for CVCC charging) and charged / discharged voltage: 2.8 to 4.2V, with “charging → rest: 15 minutes → discharge → rest: 15 minutes”. A cycle test was performed as one cycle. Table 1 shows the results of the discharge capacity after 100 cycles. Further, [“discharge capacity after 100 cycles” / “initial discharge capacity”] was defined as a capacity maintenance rate (unit: “%”). Table 1 shows the results of the capacity retention rate. Moreover, the presence or absence of the swelling of the test cell after a 100 cycle test was observed visually. Table 1 shows these results.

表1からわかるように、実施例1〜3の試験セルは、高出力の充放電レート:2Cでの100サイクル後の容量維持率が93%以上であり、膨れもなく、高信頼性であった。これに対して、従来例1の試験セルは、100サイクル後の容量維持率が約78%と低く、膨れも発生して、信頼性が高くなかった。   As can be seen from Table 1, the test cells of Examples 1 to 3 have a high output charge / discharge rate: the capacity retention rate after 100 cycles at 2C is 93% or more, no swelling, and high reliability. It was. On the other hand, the test cell of Conventional Example 1 had a low capacity retention rate of about 78% after 100 cycles, and swollen, and the reliability was not high.

以上のように、本発明の非水電解質二次電池用正極により、高出力で、高信頼性の非水電解質二次電池を製造することができる。   As described above, the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can produce a high-output and highly reliable non-aqueous electrolyte secondary battery.

1 アルミニウム多孔質焼結体
2 活物質、導電助剤、結合剤およびLiイオン導電性物質層
3 空孔
10 正極
10a 正極集電タブ
11 負極
11a 負極集電タブ
12 セパレーター
13 外装体
13a、13b アルミニウムラミネートフィルム
13c 溶着部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Aluminum porous sintered body 2 Active material, conductive support agent, binder, and Li ion conductive material layer 3 Pore 10 Positive electrode 10a Positive electrode current collection tab 11 Negative electrode 11a Negative electrode current collection tab 12 Separator 13 Exterior body 13a, 13b Aluminum Laminate film 13c welded part

Claims (5)

アルミニウム多孔質焼結体を備える集電体と、前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に活物質、導電助剤およびLiイオン導電性物質を含む二次電池用正極であって、前記アルミニウム多孔質焼結体は、平均粒子径が、7〜40μmのアルミニウム粒子と、0.1〜30μmの水素化チタンとを非加圧焼結して得られ、前記アルミニウム多孔質焼結体が、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、前記金属骨格自体に気孔を有し、前記金属骨格にはAlTi系化合物が分散していることを特徴とする、非水電解質二次電池用正極。 A current collector comprising an aluminum porous sintered body, and a positive electrode for a secondary battery comprising an active material, a conductive additive and a Li ion conductive material in the pores of the aluminum porous sintered body, wherein the aluminum The porous sintered body is obtained by non-pressure sintering of aluminum particles having an average particle diameter of 7 to 40 μm and titanium hydride of 0.1 to 30 μm . A metal skeleton having a three-dimensional network structure, vacancies between the metal skeletons, pores in the metal skeleton itself, and an Al 3 Ti compound dispersed in the metal skeleton A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery. 集電体が、さらにアルミニウム箔またはアルムニウム板を備える、請求項1記載の非水電解質二次電池用正極。   The positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the current collector further comprises an aluminum foil or an aluminum plate. アルミニウム多孔質焼結体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含む、請求項1または2記載の非水電解質二次電池用正極。   The positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the aluminum porous sintered body contains 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to 100 parts by mass of aluminum and titanium in total. Liイオン導電性物質が、高分子ゲル電解質または固体電解質である、請求項1〜3のいずれか1項記載の非水電解質二次電池用正極。   The positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the Li ion conductive substance is a polymer gel electrolyte or a solid electrolyte. 請求項1〜4のいずれか1項記載の非水電解質二次電池用正極を含む、非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery containing the positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries of any one of Claims 1-4.
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