JP5552865B2 - Composite polymer impregnated active material for non-aqueous secondary battery electrode - Google Patents

Composite polymer impregnated active material for non-aqueous secondary battery electrode Download PDF

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Description

本発明は、非水系二次電池用電極に用いられる活物質に関し、より詳細には、特定の複合化高分子が活物質の表面の少なくとも一部に添着されていることを特徴とする複合化高分子添着活物質に関する。また、本発明は、複合化高分子添着活物質を含む活物質層を備えた非水系二次電池用電極及びこの電極を負極として備えたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to an active material used for an electrode for a non-aqueous secondary battery, and more particularly, a composite material characterized in that a specific composite polymer is attached to at least a part of the surface of the active material. The present invention relates to a polymer impregnated active material. The present invention also relates to a non-aqueous secondary battery electrode provided with an active material layer containing a composite polymer-impregnated active material, and a lithium ion secondary battery provided with this electrode as a negative electrode.

近年の電気製品の軽量化、小型化に伴い、高いエネルギー密度を持つ、非水系二次電池であるリチウムイオン二次電池の開発が進められている。リチウムイオン二次電池の適用分野の拡大に伴い、電池特性のさらなる向上が求められており、中でも、低温における入出力特性及びサイクル特性をバランスよく改善することに対する要望は強い。   With recent reduction in weight and size of electrical products, development of lithium ion secondary batteries, which are non-aqueous secondary batteries having a high energy density, is being promoted. As the application field of lithium ion secondary batteries expands, further improvements in battery characteristics are required, and among them, there is a strong demand for improving input / output characteristics and cycle characteristics at low temperatures in a balanced manner.

これまで、リチウムイオン二次電池の特性向上の取り組みは、使用される非水系電解液の開発や、活物質の開発が中心になされてきたが、近年、電極の製造において使用されるバインダーの研究や活物質の表面処理にも及んでいる。   Until now, efforts to improve the characteristics of lithium ion secondary batteries have been centered on the development of non-aqueous electrolytes used and the development of active materials. In recent years, research on binders used in the production of electrodes has been conducted. It also extends to the surface treatment of active materials.

例えば、バインダーの開発としては、特定のフッ素重合体と官能基含有重合体との複合化重合体の水分散体からなるバインダーが提案されている(特許文献1)。   For example, as a binder development, a binder composed of an aqueous dispersion of a composite polymer of a specific fluoropolymer and a functional group-containing polymer has been proposed (Patent Document 1).

活物質の表面処理としては、活物質粒子を多孔性リチウムイオン伝導性ポリマー膜で覆う処理が提案されている(特許文献2)。また、負極用黒鉛粉末に澱粉誘導体、粘性多糖類等の界面活性効果材料を吸着又は被覆させる処理が提案されている(特許文献3)。   As a surface treatment of the active material, a treatment of covering the active material particles with a porous lithium ion conductive polymer film has been proposed (Patent Document 2). Moreover, the process which adsorb | sucks or coat | covers surface active effect materials, such as a starch derivative and viscous polysaccharide, to the graphite powder for negative electrodes is proposed (patent document 3).

特開平10−302799号公報JP-A-10-302799 特開平9−219197号公報JP-A-9-219197 WO1999/001904WO1999 / 001904

しかしながら、特許文献1の方法では、結着性に劣るフッ素重合体を含有する複合化重合体がバインダーとして用いられた結果、サイクル特性が十分ではないという問題がみられた。また、特許文献2の方法では、被覆処理の際にポリマーを溶解するための有機溶媒を必要とすることから、環境負荷が大きく、さらには乾燥時に有機溶媒を回収する設備が必要となり、コストパフォーマンスが非常に悪い。特許文献3の方法では澱粉誘導体及び粘性多糖類等のイオン伝導性が低く、入出力特性に劣るという問題がみられた。このように、リチウムイオン二次電池の低温における入出力特性及びサイクル特性に対して、一層の改善が求められているのが現状である。   However, in the method of Patent Document 1, as a result of using a composite polymer containing a fluoropolymer having poor binding properties as a binder, there has been a problem that cycle characteristics are not sufficient. In addition, since the method of Patent Document 2 requires an organic solvent for dissolving the polymer during the coating process, it has a large environmental load and further requires equipment for recovering the organic solvent during drying. Is very bad. In the method of Patent Document 3, there is a problem that the ionic conductivity of starch derivatives and viscous polysaccharides is low and the input / output characteristics are inferior. Thus, the present condition is that the further improvement is requested | required with respect to the input / output characteristic and cycling characteristics in the low temperature of a lithium ion secondary battery.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、活物質の表面の少なくとも一部に、フッ素含有高分子と含酸素官能基含有高分子の複合化高分子を添着した複合化高分子添着活物質を非水系二次電池、とりわけリチウムイオン二次電池の電極に用いた場合、低温における入出力特性及びサイクル特性をバランスよく改善することが可能になることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a composite polymer in which a composite polymer of a fluorine-containing polymer and an oxygen-containing functional group-containing polymer is attached to at least a part of the surface of the active material. When the molecularly adsorbed active material is used for an electrode of a non-aqueous secondary battery, particularly a lithium ion secondary battery, it has been found that input / output characteristics and cycle characteristics at low temperatures can be improved in a balanced manner, and the present invention has been completed. I let you.

本発明は、フッ素系高分子(a1)と含酸素官能基を有する高分子(a2)との複合化高分子(A)が、活物質の表面の少なくとも一部に添着されていることを特徴とする、非水系二次電池電極用の複合化高分子添着活物質に関する。
本発明は、水系溶媒中で、複合化高分子(A)及び活物質を混合した後、乾燥させることにより得られる、上記のいずれかの複合化高分子添着活物質に関する。
本発明は、フッ素系高分子(a1)が、フッ素含有モノマーのホモポリマー又はコポリマーである、複合化高分子添着活物質に関する。
本発明は、さらに、導電助剤(B)を、活物質の表面の少なくとも一部に有する、上記のいずれかの複合化高分子添着活物質に関する。
The present invention is characterized in that a composite polymer (A) of a fluorine-based polymer (a1) and a polymer (a2) having an oxygen-containing functional group is attached to at least a part of the surface of the active material. And a composite polymer impregnated active material for a non-aqueous secondary battery electrode.
The present invention relates to any one of the above composite polymer-impregnated active materials obtained by mixing the composite polymer (A) and the active material in an aqueous solvent and drying the mixture.
The present invention relates to a composite polymer-impregnated active material in which the fluorine-based polymer (a1) is a homopolymer or copolymer of a fluorine-containing monomer.
The present invention further relates to any one of the above composite polymer-impregnated active materials having the conductive additive (B) on at least a part of the surface of the active material.

本発明は、集電体上に、この複合化高分子添着活物質を含む活物質層を備えた、非水系二次電池用電極、とりわけリチウムイオン二次電池用電極にも関し、また、活物質層が負極活物質層であって、さらにセルロース系高分子及びゴム系高分子を含む、非水系二次電池用負極、とりわけリチウムイオン二次電池用負極に関する。本発明は、上記の負極、正極及び電解質を備えた非水系二次電池、とりわけリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention also relates to an electrode for a non-aqueous secondary battery, in particular, an electrode for a lithium ion secondary battery, comprising an active material layer containing the composite polymer-impregnated active material on a current collector. The present invention relates to a negative electrode for a non-aqueous secondary battery, particularly a negative electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the material layer is a negative electrode active material layer and further contains a cellulose polymer and a rubber polymer. The present invention relates to a non-aqueous secondary battery including the above-described negative electrode, positive electrode, and electrolyte, and more particularly to a lithium ion secondary battery.

本発明の複合化高分子添着活物質は、非水系二次電池、とりわけリチウムイオン二次電池の電極に用いた場合に、低温における入出力特性及びサイクル特性をバランスよく改善することができる。本発明の複合高分子添着活物質を用いた電極は、水系溶媒を使用して調製することができるため、環境への負荷も小さく、コストパフォーマンスに優れる。   The composite polymer-impregnated active material of the present invention can improve the input / output characteristics and cycle characteristics at low temperatures in a well-balanced manner when used for an electrode of a non-aqueous secondary battery, particularly a lithium ion secondary battery. Since the electrode using the composite polymer impregnated active material of the present invention can be prepared using an aqueous solvent, the load on the environment is small and the cost performance is excellent.

本発明は、フッ素系高分子(a1)と含酸素官能基を有する高分子(a2)との複合化高分子(A)を、活物質の表面の少なくとも一部に添着することを特徴とする、非水系二次電池電極用の複合化高分子添着活物質に関する。   The present invention is characterized in that a composite polymer (A) of a fluorine-based polymer (a1) and a polymer (a2) having an oxygen-containing functional group is attached to at least a part of the surface of the active material. The present invention also relates to a composite polymer-impregnated active material for non-aqueous secondary battery electrodes.

ここで、添着とは、複合化高分子が接着材等を介さずに活物質の表面の少なくとも一部に吸着して存在している状態を指し、単純に活物質と混合した場合のような混合状態とは異なる。吸着は水素結合による化学的吸着やファンデルワールス力による物理的吸着等が考えられるが、この限りではない。また、活物質の表面とは、複合化高分子の水分散体が接近することができ、吸着可能な部位をさす。すなわち、活物質の内部にあって複合化高分子の水分散体が侵入可能な開孔の内壁面も含む。   Here, the term “adhesion” refers to a state in which the composite polymer is adsorbed on at least a part of the surface of the active material without using an adhesive or the like, and is simply mixed with the active material. It is different from the mixed state. Adsorption may be chemical adsorption by hydrogen bonding or physical adsorption by van der Waals force, but is not limited thereto. In addition, the surface of the active material refers to a site where the aqueous dispersion of the composite polymer can approach and can be adsorbed. That is, it also includes an inner wall surface of an aperture that is inside the active material and into which an aqueous dispersion of the composite polymer can enter.

複合化高分子(A)は、フッ素系高分子(a1)と、含酸素官能基を有する高分子(a2)とが、複合化してなる高分子をいい、フッ素系高分子(a1)と含酸素官能基を有する高分子(a2)とが相互貫入構造(Inter Penetrating Network構造(IPN構造))を形成している形態を含む。ただし、複合化の形態は、IPN構造に限定されず、フッ素系高分子(a1)と含酸素官能基を有する高分子(a2)とが、コアシェル構造、グラフトコポリマー、ブロックコポリマー等を形成している構造も含む。   The composite polymer (A) is a polymer obtained by combining a fluorine-based polymer (a1) and a polymer (a2) having an oxygen-containing functional group, and includes the fluorine-based polymer (a1). It includes a form in which the polymer (a2) having an oxygen functional group forms an interpenetrating structure (Inter Penetrating Network structure (IPN structure)). However, the form of the composite is not limited to the IPN structure, and the fluorine-based polymer (a1) and the polymer (a2) having an oxygen-containing functional group form a core-shell structure, a graft copolymer, a block copolymer, or the like. Including structures.

複合化高分子(A)を、活物質の表面の少なくとも一部に添着した複合化高分子添着活物質を非水系二次電池、とりわけリチウムイオン二次電池の電極用活物質として用いた場合、複合化高分子(A)中のフッ素系高分子(a1)が電解液に膨潤することによって、イオンの通り道として機能して、電池の入出力特性の向上が図られると考えられる。また、複合化高分子(A)中に含酸素官能基を有する高分子(a2)が存在することにより、複合化高分子(A)の活物質への添着が強固なものとなり、フッ素系高分子(a1)からなるイオンの通り道が確実に機能すると考えられる。また、含酸素官能基の存在は、複合高分子添着活物質の水への分散性を高め、水系溶媒を用いて電極を作製することを容易とする。   When the composite polymer-attached active material in which the composite polymer (A) is attached to at least a part of the surface of the active material is used as an active material for an electrode of a non-aqueous secondary battery, particularly a lithium ion secondary battery, It is considered that the fluorine polymer (a1) in the composite polymer (A) swells in the electrolyte, thereby functioning as a path for ions and improving the input / output characteristics of the battery. In addition, since the polymer (a2) having an oxygen-containing functional group is present in the composite polymer (A), the composite polymer (A) is firmly attached to the active material, and the fluorine-based polymer It is considered that the path of ions composed of the molecule (a1) functions reliably. In addition, the presence of the oxygen-containing functional group enhances the dispersibility of the composite polymer additive active material in water and facilitates the production of the electrode using an aqueous solvent.

フッ素系高分子(a1)としては、フッ素含有モノマー単位を含むポリマーが挙げられる。フッ素系高分子(a1)は、フッ素含有モノマーの1種以上からなるポリマーであっても、フッ素含有モノマーの1種以上とその他のモノマーの1種以上からなるポリマーであってもよい。後者の場合、イオン伝導性の点から、フッ素含有モノマー単位が、60質量%以上であることが好ましく、より好ましくは70質量%以上である。   Examples of the fluorine-based polymer (a1) include polymers containing fluorine-containing monomer units. The fluorine-based polymer (a1) may be a polymer composed of one or more fluorine-containing monomers, or a polymer composed of one or more fluorine-containing monomers and one or more other monomers. In the latter case, the fluorine-containing monomer unit is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more from the viewpoint of ion conductivity.

フッ素含有モノマーとしては、例えば、ビニリデンフルオライド(VDF)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、テトラフルオロエチレン(TFE)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、トリフルオロエチレン(TrFE)、ビニルフルオライド(VF)等のホモポリマー又はコポリマー等が挙げられる。この中でも、ビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、トリフルオロエチレン、ビニルフルオライドが好ましく、さらにはイオン伝導性の点からビニリデンフルオライド、ヘキサフルオロプロピレン、トリフルオロエチレンが特に好ましい。   Examples of the fluorine-containing monomer include vinylidene fluoride (VDF), chlorotrifluoroethylene (CTFE), tetrafluoroethylene (TFE), hexafluoropropylene (HFP), trifluoroethylene (TrFE), and vinyl fluoride (VF). And the like. Among these, vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, trifluoroethylene, and vinyl fluoride are preferable, and vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, and trifluoroethylene are particularly preferable from the viewpoint of ion conductivity.

その他のモノマーとしては、(メタ)アクリル酸;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アルキル(メタ)アクリレート、i−ペンチル(メタ)アルキル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、n−ノニル(メタ)アクリレート、n−デシル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコーンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート;スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン等の芳香族ビニル化合物;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等の共役ジエン;エチレン、プロピレン等が挙げられる。   Other monomers include (meth) acrylic acid; methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, i-propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, i- Butyl (meth) acrylate, n-pentyl (meth) alkyl (meth) acrylate, i-pentyl (meth) alkyl (meth) acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, n-octyl ( (Meth) acrylate, n-nonyl (meth) acrylate, n-decyl (meth) acrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, propyleneglycone di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra Alkyl) (meth) acrylates such as meth) acrylate and dipentaerythritol hexa (meth) acrylate; aromatic vinyl compounds such as styrene, α-methylstyrene and divinylbenzene; conjugated dienes such as butadiene, isoprene and chloroprene; ethylene and propylene Is mentioned.

フッ素系高分子(a1)としては、イオン伝導性及びリチウムとの反応性の低さの点から、ビニリデンフルオライドのホモポリマー(すなわち、ポリビニリデンフルオライド(PVDF))又はコポリマー(例えば、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンのコポリマー)が好ましい。フッ素系高分子(a1)は、単独でも、2種以上を併用してもよい。   As the fluorine-based polymer (a1), vinylidene fluoride homopolymer (that is, polyvinylidene fluoride (PVDF)) or copolymer (for example, vinylidene fluoride) is used because of its low ion conductivity and low reactivity with lithium. Ride and hexafluoropropylene copolymers) are preferred. The fluorine-based polymer (a1) may be used alone or in combination of two or more.

含酸素官能基を有する高分子(a2)における、含酸素官能基としては、ヒドロキシ基、ペルオキシ基、カルボキシル基、カルボニル基、アセチル基、アルデヒド基、スルホ基、ニトロ基、ニトロソ基、エーテル結合、エステル結合及びアミド結合が挙げられ、中でも、ヒドロキシ基、カルボキシル基、カルボニル基、エステル結合が水分散性と電気化学的安定性の点で特に好ましい。   As the oxygen-containing functional group in the polymer (a2) having an oxygen-containing functional group, a hydroxy group, a peroxy group, a carboxyl group, a carbonyl group, an acetyl group, an aldehyde group, a sulfo group, a nitro group, a nitroso group, an ether bond, Examples thereof include an ester bond and an amide bond. Among these, a hydroxy group, a carboxyl group, a carbonyl group, and an ester bond are particularly preferable in terms of water dispersibility and electrochemical stability.

含酸素官能基を有する高分子(a2)としては、含酸素官能基を有するモノマー単位を含むポリマーが挙げられる。含酸素官能基を有する高分子(a2)は、含酸素官能基を有するモノマーの1種以上からなるポリマーであっても、含酸素官能基を有するモノマーの1種以上とその他のモノマーの1種以上からなるポリマーであってもよい。後者の場合、含酸素官能基を有するモノマーが、60質量%以上であることが好ましく、より好ましくは70質量%以上である。   Examples of the polymer (a2) having an oxygen-containing functional group include a polymer including a monomer unit having an oxygen-containing functional group. Even if the polymer (a2) having an oxygen-containing functional group is a polymer composed of one or more monomers having an oxygen-containing functional group, one or more monomers having an oxygen-containing functional group and one kind of other monomers The polymer which consists of the above may be sufficient. In the latter case, the monomer having an oxygen-containing functional group is preferably 60% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more.

含酸素官能基を有するモノマーとしては、含酸素官能基を有するエチレン性不飽和モノマーが挙げられ、例えば、(メタ)アクリル酸;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アルキル(メタ)アクリレート、i−ペンチル(メタ)アルキル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、n−ノニル(メタ)アクリレート、n−デシル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコーンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートである。   Examples of the monomer having an oxygen-containing functional group include an ethylenically unsaturated monomer having an oxygen-containing functional group. For example, (meth) acrylic acid; methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) ) Acrylate, i-propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, n-pentyl (meth) alkyl (meth) acrylate, i-pentyl (meth) alkyl (meth) acrylate , N-hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, n-octyl (meth) acrylate, n-nonyl (meth) acrylate, n-decyl (meth) acrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, propylene Glycorn di (meth) acrylate Trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate.

その他のモノマーとしては、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等の共役ジエン;エチレン、プロピレン等が挙げられる。   Other monomers include conjugated dienes such as butadiene, isoprene and chloroprene; ethylene, propylene and the like.

含酸素官能基を有する高分子(a2)としては、具体的には、セルロース系高分子、アクリル系高分子、エーテル系高分子、アルコール系高分子、エステル系高分子等が挙げられる。   Specific examples of the polymer (a2) having an oxygen-containing functional group include cellulose polymers, acrylic polymers, ether polymers, alcohol polymers, ester polymers, and the like.

セルロース系高分子としては、メチルセルロース、エチルセルロース、アセチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、でんぷん、カラギナン、プルラン、グアーガム、ザンサンガム(キサンタンガム)、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等が挙げられる。   Examples of the cellulose polymer include methylcellulose, ethylcellulose, acetylcellulose, hydroxyethylcellulose, carboxymethylcellulose, starch, carrageenan, pullulan, guar gum, xanthan gum (xanthan gum), hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose and the like.

アクリル系高分子としては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、及びポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレートをはじめとするポリアルキルアクリレート、ポリアルキルメタクリレート等が挙げられる。   Examples of the acrylic polymer include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polymethyl acrylate, polyalkyl acrylate including polymethyl methacrylate, and polyalkyl methacrylate.

エーテル系高分子としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルイミド等が挙げられる。   Examples of ether polymers include polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphenylene oxide, and polyetherimide.

アルコール系高分子としては、ポリビニルアルコール、ポリブチルアルコール、ポリアルキレングリコール等が挙げられる。   Examples of the alcohol polymer include polyvinyl alcohol, polybutyl alcohol, polyalkylene glycol and the like.

エステル系高分子としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン−2,6−ナフタレート、ポリアリレート等が挙げられる。   Examples of the ester polymer include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene-2,6-naphthalate, and polyarylate.

中でも、フッ素系高分子(a1)との親和性の点から、含酸素官能基を有する高分子(a2)としてはアクリル系高分子、セルロース系高分子、エーテル系高分子が好ましく、より好ましくはアクリル系高分子であり、特に、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸の低級アルキルエステルのポリマーが好ましい。含酸素官能基を有する高分子(a2)は、単独でも、2種以上を併用してもよい。   Among these, from the viewpoint of affinity with the fluorine-based polymer (a1), the polymer (a2) having an oxygen-containing functional group is preferably an acrylic polymer, a cellulose polymer, or an ether polymer, and more preferably It is an acrylic polymer, and a polymer of a lower alkyl ester of (meth) acrylic acid such as polymethyl (meth) acrylate and polybutyl (meth) acrylate is particularly preferable. The polymer (a2) having an oxygen-containing functional group may be used alone or in combination of two or more.

フッ素系高分子(a1)と含酸素官能基を有する高分子(a2)との質量割合は、両者の合計を100質量%とした場合に、フッ素系高分子(a1)の含有量を1〜99質量%とすることができる。この範囲であれば、水系溶媒中への均一分散性と活物質への良好な結着性を両立でき、また、良好なイオン伝導性も確保しやすい。フッ素系高分子(a1)の含有量は、好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上であり、また、好ましくは90質量%以下、さらに好ましくは80質量%以下である。   The mass ratio of the fluorine-based polymer (a1) and the polymer (a2) having an oxygen-containing functional group is such that the content of the fluorine-based polymer (a1) is 1 to 2 when the total of both is 100% by mass. It can be 99 mass%. If it is this range, the uniform dispersibility in an aqueous solvent and the favorable binding property to an active material are compatible, and it is easy to ensure favorable ionic conductivity. The content of the fluorine-based polymer (a1) is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and preferably 90% by mass or less, more preferably 80% by mass or less.

複合化高分子(A)は、例えば、フッ素系高分子(a1)(例えば、ポリビニリデンフルオライド)の存在下、水系溶媒中で、含酸素官能基を有する高分子(a2)を構成するモノマー(例えば、メチル(メタ)アクリル酸)を重合させることにより得ることができる。その際に、乳化剤、重合開始剤、pH調整剤等を存在させてもよい。また、フッ素系高分子(a1)を構成するモノマーを、水及び乳化剤の存在下に乳化重合させて一次粒子を得て、次いで一次粒子の存在下に、含酸素官能基を有する高分子(a2)を構成するモノマー(例えば、メチル(メタ)アクリル酸)を重合させて、複合化高分子(A)を得ることができる。これらの方法では、複合化高分子(A)は、通常、水性分散液として得られる。水性分散液中の複合化高分子(A)の平均粒子径は、10〜1000nmとすることができ、好ましくは、50〜500nmである。複合化高分子(A)は、イオン伝導性の点からガラス転移点(Tg)が、−120〜80℃であることが好ましく、より好ましくは、−100〜60℃である。平均粒子径は、動的光散乱法で測定した、メジアン径の値とする。   The composite polymer (A) is, for example, a monomer constituting the polymer (a2) having an oxygen-containing functional group in an aqueous solvent in the presence of the fluorine-based polymer (a1) (for example, polyvinylidene fluoride). It can be obtained by polymerizing (for example, methyl (meth) acrylic acid). At that time, an emulsifier, a polymerization initiator, a pH adjuster and the like may be present. Further, the monomer constituting the fluorine-based polymer (a1) is emulsion-polymerized in the presence of water and an emulsifier to obtain primary particles, and then the polymer (a2 having an oxygen-containing functional group in the presence of the primary particles). The monomer (for example, methyl (meth) acrylic acid) which comprises) is polymerized, and composite polymer (A) can be obtained. In these methods, the composite polymer (A) is usually obtained as an aqueous dispersion. The average particle size of the composite polymer (A) in the aqueous dispersion can be 10 to 1000 nm, and preferably 50 to 500 nm. The composite polymer (A) preferably has a glass transition point (Tg) of −120 to 80 ° C., more preferably −100 to 60 ° C. from the viewpoint of ion conductivity. The average particle diameter is a median diameter value measured by a dynamic light scattering method.

活物質は、特に限定されないが、負極活物質が好ましく、中でも炭素質材料が好ましい。   The active material is not particularly limited, but a negative electrode active material is preferable, and a carbonaceous material is particularly preferable.

負極活物質としての炭素材料は、特に限定されず、人造黒鉛、天然黒鉛等の黒鉛(グラファイト)、様々な熱分解条件での有機物の熱分解物が挙げられる。有機物の熱分解物としては、石炭系コークス、石油系コークス、石炭系ピッチの炭化物、石油系ピッチの炭化物、又はこれらのピッチを酸化処理したものの炭化物、ニードルコークス、ピッチコークス、フェノール樹脂、結晶セルロース等の炭化物等及びこれらを一部黒鉛化した炭素材料、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。中でも黒鉛が好ましく、種々の原料から得た易黒鉛性ピッチに高温熱処理を施すことによって製造された、人造黒鉛、精製天然黒鉛、又はこれらの黒鉛にピッチを含む黒鉛材料等がより好ましく、種々の表面処理が施されたものであってもよい。これらの炭素材料は、単独でも、2種以上を併用してもよい。   The carbon material as the negative electrode active material is not particularly limited, and examples thereof include artificial graphite, graphite such as natural graphite (graphite), and thermal decomposition products of organic substances under various thermal decomposition conditions. Organic pyrolysis products include coal-based coke, petroleum-based coke, coal-based pitch carbide, petroleum-based pitch carbide, or carbides obtained by oxidizing these pitches, needle coke, pitch coke, phenolic resin, crystalline cellulose And carbon materials obtained by partially graphitizing these, furnace black, acetylene black, pitch-based carbon fibers, and the like. Of these, graphite is preferable, and artificial graphite, purified natural graphite, or graphite materials containing pitch in these graphites, which are manufactured by subjecting easy-graphite pitches obtained from various raw materials to high-temperature heat treatment, are more preferable. The surface treatment may be performed. These carbon materials may be used alone or in combination of two or more.

黒鉛材料を用いる場合、学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)は、好ましくは0.335nm以上であり、また、好ましくは0.34nm以下、より好ましくは0.337nm以下である。   In the case of using a graphite material, the d value (interlayer distance) of the lattice plane (002 plane) obtained by X-ray diffraction by the Gakushin method is preferably 0.335 nm or more, and preferably 0.34 nm or less. Preferably it is 0.337 nm or less.

黒鉛材料の灰分は、黒鉛材料の質量に対して、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下、特に好ましくは0.1質量%以下である。   The ash content of the graphite material is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less, and particularly preferably 0.1% by mass or less with respect to the mass of the graphite material.

学振法によるX線回折で求めた黒鉛材料の結晶子サイズ(Lc)は、好ましくは30nm以上、より好ましくは50nm以上、特に好ましくは100nm以上である。   The crystallite size (Lc) of the graphite material determined by X-ray diffraction by the Gakushin method is preferably 30 nm or more, more preferably 50 nm or more, and particularly preferably 100 nm or more.

レーザー回折・散乱法により求めた黒鉛材料のメジアン径は、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上、さらに好ましくは5μm以上、特に好ましくは7μm以上であり、また、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは50μm以下、さらに好ましくは40μm以下、特に好ましくは30μm以下である。   The median diameter of the graphite material obtained by the laser diffraction / scattering method is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, further preferably 5 μm or more, particularly preferably 7 μm or more, and preferably 100 μm or less, more Preferably it is 50 micrometers or less, More preferably, it is 40 micrometers or less, Most preferably, it is 30 micrometers or less.

黒鉛材料のBET法比表面積は、好ましくは0.5m/g以上、より好ましくは0.7m/g以上、さらに好ましくは1.0m/g以上、特に好ましくは1.5m/g以上であり、また、好ましくは25.0m/g以下、より好ましくは20.0m/g以下、さらに好ましくは15.0m/g以下、特に好ましくは10.0m/g以下である。 The BET specific surface area of the graphite material is preferably 0.5 m 2 / g or more, more preferably 0.7 m 2 / g or more, still more preferably 1.0 m 2 / g or more, and particularly preferably 1.5 m 2 / g. or more, also preferably 25.0 m 2 / g or less, more preferably 20.0 m 2 / g or less, more preferably 15.0 m 2 / g or less, particularly preferably not more than 10.0 m 2 / g .

黒鉛材料は、アルゴンレーザー光を用いたラマンスペクトル分析を行った場合に、1580〜1620cm−1の範囲で検出されるピークPの強度Iと、1350〜1370cm−1の範囲で検出されるピークPの強度Iとの強度比I/Iが、0以上0.5以下であるものが好ましい。また、ピークPの半価幅は26cm−1以下が好ましく、25cm−1以下がより好ましい。 Graphite material, when subjected to Raman spectrum analysis using argon laser beam, the intensity I A of the peak P A is detected in the range of 1580~1620Cm -1, is detected in the range of 1350 -1 intensity ratio I a / I B of the intensity I B of a peak P B is what is preferably 0 to 0.5. Further, the half width of the peak P A is preferably 26cm -1 or less, 25 cm -1 or less is more preferable.

なお、上述した炭素材料の他に、負極活物質として公知のリチウムの吸蔵及び放出が可能なその他の材料を使用することもできる。例えば、酸化スズや酸化ケイ素等の金属酸化物、硫化物や窒化物、リチウム単体やリチウムアルミニウム合金等のリチウム合金等が挙げられる。これらの炭素材料以外の材料についても、単独でも、2種以上を併用してもよい。また、上述の炭素材料と組み合わせて用いてもよい。   In addition to the carbon material described above, other materials capable of occluding and releasing lithium known as a negative electrode active material can also be used. Examples include metal oxides such as tin oxide and silicon oxide, sulfides and nitrides, lithium alloys such as lithium alone and lithium aluminum alloys, and the like. These materials other than carbon materials may be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may use in combination with the above-mentioned carbon material.

添着前の活物質100質量%に対する、複合化高分子(A)の量は、0.01〜5質量%であることが好ましい。この範囲であれば、良好なサイクル特性及び入出力特性を確保しやすい。量は、より好ましくは0.05質量%以上であり、また、より好ましくは3質量%以下である。   The amount of the composite polymer (A) with respect to 100% by mass of the active material before attachment is preferably 0.01 to 5% by mass. Within this range, it is easy to ensure good cycle characteristics and input / output characteristics. The amount is more preferably 0.05% by mass or more, and more preferably 3% by mass or less.

添着は水系溶媒中で活物質表面に複合化高分子(A)を吸着させることによって行われる。具体的には、複合化高分子(A)の水性分散液中に活物質を投入し、混合・撹拌した後、好ましくは不活性気体(例えば、窒素ガス)中で乾燥させることにより、活物質の表面及び/又は内部に複合化高分子(A)が添着した複合高分子添着活物質を得ることができる。水系溶媒としては、水、又は水とアルコール(例えば、エタノール等の低級アルコール)の混合溶媒が挙げられる。   The impregnation is performed by adsorbing the composite polymer (A) on the active material surface in an aqueous solvent. Specifically, the active material is put into an aqueous dispersion of the composite polymer (A), mixed and stirred, and then preferably dried in an inert gas (for example, nitrogen gas) to thereby obtain an active material. A composite polymer-attached active material having the composite polymer (A) attached to the surface and / or inside thereof can be obtained. Examples of the aqueous solvent include water or a mixed solvent of water and alcohol (for example, a lower alcohol such as ethanol).

複合化高分子添着活物質は、通常、粒子状の複合化高分子(A)が、活物質の表面に添着した形態で得られる。この粒子は一つ一つが独立して表面の一部を覆っていても、凝集により大きくなった粒子が表面の一部を覆っていても、粒子が幾重にも重なることによって表面全体を覆う膜となっていても良い。複合化高分子(A)の被覆割合は、入出力の向上の点から、活物質の表面全体に対して、0.1%以上が好ましく、より好ましくは1%以上である。被覆割合は、BET法で測定した添着前後の活物質の比表面積を以下の式に代入して求めた数値とする。
被覆割合(%)=[(添着前の活物質比表面積−添着後の活物質比表面積)/添着前の活物質比表面積]×100
The composite polymer-attached active material is usually obtained in a form in which the particulate composite polymer (A) is attached to the surface of the active material. Even if each of these particles independently covers a part of the surface, even if the particles enlarged by aggregation cover a part of the surface, a film that covers the entire surface by overlapping the particles several times It may be. The coating ratio of the composite polymer (A) is preferably 0.1% or more, more preferably 1% or more with respect to the entire surface of the active material from the viewpoint of improving input / output. The coating ratio is a numerical value obtained by substituting the specific surface area of the active material before and after attachment measured by the BET method into the following formula.
Covering ratio (%) = [(active material specific surface area before attachment−active material specific surface area after attachment) / active material specific surface area before attachment] × 100

複合化高分子添着活物質は、複合化高分子(A)に加えて、導電助剤(B)を表面の少なくとも一部に有していてもよい。ここで、有しているとは複合化高分子(A)を介して活物質表面に接着した存在状態、複合化高分子添着活物質と共に単純混合した存在状態等が考えられるがこの限りではない。導電助剤(B)としては、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、黒鉛、カーボンブラックや、Cu、Ni若しくはSi又はこれらの合金粉末(好ましくは、平均粒子径10μm以下)等の導電助剤が挙げられる。導電助剤(B)は、単独でも、2種以上を併用してもよい。サイクル特性の点から、活物質に対して、導電助剤(B)の含有割合は、0.01〜10質量%が好ましく、より好ましくは0.1〜5質量%である。   In addition to the composite polymer (A), the composite polymer-impregnated active material may have a conductive additive (B) on at least a part of the surface. Here, “having” may be an existence state adhered to the surface of the active material through the composite polymer (A), a simple mixture state with the composite polymer-attached active material, etc., but is not limited thereto. . As the conductive additive (B), vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotube, carbon nanofiber, graphite, carbon black, Cu, Ni, Si, or an alloy powder thereof (preferably an average particle size of 10 μm or less) ) And the like. A conductive support agent (B) may be individual, or may use 2 or more types together. From the viewpoint of cycle characteristics, the content of the conductive auxiliary agent (B) is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.1 to 5% by mass with respect to the active material.

上記の複合化高分子添着活物質を用いて、活物質層を集電体上に形成することにより、電極とすることができる。電極の製造方法は、特に限定されず、例えば、複合化高分子添着活物質、所望により導電助剤、バインダー等を乾式で混合してシート状とし、これを集電体に圧着する方法や、複合化高分子添着活物質、所望により導電助剤、バインダー等に、溶媒を加えてスラリーとし、これを集電体の基板に塗布し、乾燥させる方法が挙げられる。なお、本発明の効果を損なわない範囲で、複合化高分子添着活物質と他の活物質を併用してもよい。複合化高分子添着活物質は、水への分散性に優れるため、水系溶媒を用いてスラリーとして、電極を調製するのに好適である。以下、リチウムイオン二次電池の負極を調製する場合を例にとって説明するが、本発明の複合化高分子添着活物質は、正極の調製にも使用できる。   An electrode can be formed by forming an active material layer on a current collector using the composite polymer-impregnated active material. The method for producing the electrode is not particularly limited.For example, a composite polymer-impregnated active material, a conductive aid, if desired, a binder, etc. are mixed in a dry form to form a sheet, and this is pressure-bonded to a current collector, Examples include a method in which a solvent is added to a composite polymer adsorbing active material, if necessary, a conductive additive, a binder, and the like to form a slurry, which is applied to a current collector substrate and dried. In addition, the composite polymer-impregnated active material and other active materials may be used in combination as long as the effects of the present invention are not impaired. Since the composite polymer impregnated active material is excellent in water dispersibility, it is suitable for preparing an electrode as a slurry using an aqueous solvent. Hereinafter, although the case where the negative electrode of a lithium ion secondary battery is prepared will be described as an example, the composite polymer-impregnated active material of the present invention can also be used for the preparation of a positive electrode.

<負極>
負極集電体の材料は、特に限定されず、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が挙げられる。中でも、金属材料が好ましく、より好ましくは銅である。
<Negative electrode>
The material of the negative electrode current collector is not particularly limited, and examples thereof include metal materials such as copper, nickel, stainless steel, and nickel-plated steel, and carbon materials such as carbon cloth and carbon paper. Among these, a metal material is preferable, and copper is more preferable.

負極集電体の形状は、特に限定されず、薄膜状、円柱状、板状が挙げられる。薄膜の場合、厚さは、特に限定されないが、通常、5〜30μmである。厚さは、好ましくは9μm以上であり、また、好ましくは20μm以下である。中でも金属薄膜が好ましく、とりわけ銅箔が好ましい。薄膜は、適宜、メッシュ状にすることができる。   The shape of the negative electrode current collector is not particularly limited, and examples thereof include a thin film shape, a columnar shape, and a plate shape. In the case of a thin film, although thickness is not specifically limited, Usually, it is 5-30 micrometers. The thickness is preferably 9 μm or more, and preferably 20 μm or less. Among these, a metal thin film is preferable, and copper foil is particularly preferable. The thin film can be appropriately meshed.

負極活物質の量は、通常、負極活物質層中、70〜99.99質量%である。量は、好ましくは75質量%以上、より好ましくは80質量%以上であり、また、好ましくは99.9質量%以下である。負極活物質として、複合化高分子添着活物質を用いるが、本発明の効果を損なわない範囲で、他の公知の負極活物質を使用してもよい。   The amount of the negative electrode active material is usually 70 to 99.99% by mass in the negative electrode active material layer. The amount is preferably 75% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and preferably 99.9% by mass or less. A composite polymer-impregnated active material is used as the negative electrode active material, but other known negative electrode active materials may be used as long as the effects of the present invention are not impaired.

バインダーは、負極活物質を結着できる物質であれば、特に限定されず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン・ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル・ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等のゴム系高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー系高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂系高分子;ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物が挙げられ、中でも重量平均分子量が1万〜300万ものを使用することができる。重量平均分子量は、好ましくは10万以上であり、また、好ましくは100万以下である。ここで、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(ポリスチレン換算)によって求めた値とする。バインダーは、単独でも、2種以上を併用してもよい。   The binder is not particularly limited as long as it can bind the negative electrode active material, and is a resin-based polymer such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, cellulose, nitrocellulose; SBR (styrene Butadiene rubber), NBR (acrylonitrile butadiene rubber), fluorine rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, rubber polymer such as ethylene propylene rubber; styrene butadiene styrene block copolymer or hydrogenated product thereof, EPDM (ethylene・ Propylene / diene terpolymers, styrene / ethylene / butadiene / ethylene copolymers, styrene / isoprene / styrene block copolymers or hydrogenated products thereof; thermoplastic elastomer polymers; syndiotactic Soft resin polymers such as 1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin copolymer; polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, fluorinated poly Fluorine polymers such as vinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer; polymer compositions having ion conductivity of alkali metal ions (especially lithium ions), among which the weight average molecular weight is 10,000- 3 million can be used. The weight average molecular weight is preferably 100,000 or more, and preferably 1,000,000 or less. Here, the weight average molecular weight is a value determined by gel permeation chromatography (polystyrene conversion). A binder may be individual or may use 2 or more types together.

バインダーの量は、特に限定されないが、負極活物質の保持及び機械的強度、並びにサイクル特性といった電池性能を確保する点から、通常、負極活物質に対して、0.05〜20質量%で、好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは0.5〜5質量%である。 The amount of the binder is not particularly limited, but is generally 0.05 to 20% by mass with respect to the negative electrode active material, from the viewpoint of securing battery performance such as retention and mechanical strength of the negative electrode active material, and cycle characteristics. Preferably it is 0.1-10 mass%, More preferably, it is 0.5-5 mass%.

スラリーを使用して負極活物質層を形成する場合、その溶媒は、負極活物質等を溶解又は分散することが可能であれば、特に限定されず、水系溶媒、有機系溶媒のいずれも使用することができる。複合化高分子添着活物質は、水への分散性に優れるため、水系溶媒を用いてスラリーとして、負極を調製するのに好適である。水系溶媒は、環境への負荷低減の点からも好ましい。   When the negative electrode active material layer is formed using the slurry, the solvent is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the negative electrode active material and the like, and either an aqueous solvent or an organic solvent is used. be able to. Since the composite polymer impregnated active material is excellent in water dispersibility, it is suitable for preparing a negative electrode as a slurry using an aqueous solvent. Aqueous solvents are also preferred from the viewpoint of reducing environmental burden.

水系溶媒としては水、アルコール(例えば、エタノール等の低級アルコール)等が挙げられ、有機系溶媒としては、N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジメチルエーテル、ジメチルアセタミド、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等が挙げられる。溶媒は、単独でも、2種以上を併用してもよい。   Examples of the aqueous solvent include water, alcohol (for example, lower alcohol such as ethanol), and examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, acrylic acid. Methyl, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran (THF), toluene, acetone, dimethyl ether, dimethylacetamide, hexamethylphosphamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methyl Naphthalene, hexane, etc. are mentioned. A solvent may be individual or may use 2 or more types together.

特に、水系溶媒を用いる場合、増粘剤を併用することが好ましい。特に、増粘剤をSBR等のゴム系高分子との組み合わせて用いることが好ましい。増粘剤は、特に限定されず、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロースのような水溶性セルロース系高分子、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの金属塩等が挙げられる。増粘剤は、単独でも、2種以上を併用してもよい。   In particular, when an aqueous solvent is used, it is preferable to use a thickener together. In particular, it is preferable to use a thickener in combination with a rubber-based polymer such as SBR. The thickener is not particularly limited, and examples thereof include water-soluble cellulose polymers such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, and ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and metal salts thereof. Thickeners may be used alone or in combination of two or more.

増粘剤を使用する場合、その量は、良好な塗布性を確保し、負極活物質層に占める活物質の割合を適正に保ち、電池容量が低下したり、負極活物質間の電気抵抗が増大したりするといった問題を回避するために、通常、負極活物質に対して、0.05〜20質量%で、好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは0.5〜5質量%である。   When using a thickener, the amount ensures good coatability, keeps the proportion of the active material in the negative electrode active material layer properly, reduces the battery capacity, and reduces the electric resistance between the negative electrode active materials. In order to avoid the problem of increasing, it is usually 0.05 to 20% by mass, preferably 0.1 to 10% by mass, more preferably 0.5 to 5% by mass, based on the negative electrode active material. It is.

スラリーを集電体上に塗布した後、乾燥空気又は不活性雰囲気下で乾燥し、負極活物質層を形成させて負極を得ることができる。乾燥温度は、60℃〜200℃であり、好ましくは70℃以上であり、また、好ましくは190℃以下である。   After apply | coating a slurry on a collector, it can dry in dry air or inert atmosphere, a negative electrode active material layer can be formed, and a negative electrode can be obtained. The drying temperature is 60 ° C to 200 ° C, preferably 70 ° C or higher, and preferably 190 ° C or lower.

負極活物質層の厚さは、負極としての実用性及び高密度の電流値に対する十分なリチウムの吸蔵・放出の機能を確保するために、通常、5〜200μmである。厚さは、好ましくは20μm以上、より好ましくは30μm以上、また、好ましくは100μm以下、より好ましくは75μm以下である。   The thickness of the negative electrode active material layer is usually 5 to 200 μm in order to ensure practicality as a negative electrode and sufficient lithium occlusion / release function for high-density current values. The thickness is preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more, and preferably 100 μm or less, more preferably 75 μm or less.

本発明は、上記負極を備えたリチウムイオン二次電池にも関する。リチウムイオン二次電池の基本的構成は、公知のものと同様であり、通常、上記負極の他に、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び電解質を備える。   The present invention also relates to a lithium ion secondary battery including the negative electrode. The basic structure of a lithium ion secondary battery is the same as that of a well-known thing, Usually, the positive electrode and electrolyte which can occlude / release lithium ion other than the said negative electrode are provided.

<正極>
正極として、通常、正極活物質を含む活物質層を集電体上に形成したものが使用される。正極の製造方法は、特に限定されず、例えば、正極活物質、バインダー等を乾式で混合してシート状とし、これを正極集電体に圧着する方法、正極活物質、バインダー等に、溶媒を加えてスラリーとし、これを正極集電体の基板に塗布し、乾燥させる方法が挙げられる。
<Positive electrode>
As the positive electrode, one in which an active material layer containing a positive electrode active material is usually formed on a current collector is used. The method for producing the positive electrode is not particularly limited. For example, a positive electrode active material, a binder, and the like are mixed in a dry form to form a sheet, which is pressure-bonded to the positive electrode current collector, a positive electrode active material, a binder, and the like with a solvent. In addition, a method of forming a slurry, applying this to a substrate of a positive electrode current collector, and drying the slurry can be mentioned.

正極集電体の材料は、特に限定されず、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が挙げられる。中でも、金属材料が好ましく、より好ましくはアルミニウムである。   The material of the positive electrode current collector is not particularly limited, and examples thereof include metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, and tantalum, and carbon materials such as carbon cloth and carbon paper. Among these, a metal material is preferable, and aluminum is more preferable.

正極集電体の形状は、特に限定されず、薄膜状、円柱状、板状が挙げられる。薄膜の場合、厚さは、特に限定されないが、正極集電体として必要な強度及び取り扱い性の点から、通常、1μm〜100mmである。厚さは、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上であり、また、好ましくは1mm以下であり、より好ましくは50μm以下である。中でも、金属薄膜が好ましく、適宜、メッシュ状にすることができる。   The shape of the positive electrode current collector is not particularly limited, and examples thereof include a thin film shape, a columnar shape, and a plate shape. In the case of a thin film, the thickness is not particularly limited, but is usually 1 μm to 100 mm from the viewpoint of strength required for a positive electrode current collector and handleability. The thickness is preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and preferably 1 mm or less, more preferably 50 μm or less. Among these, a metal thin film is preferable, and can be appropriately meshed.

正極活物質は、リチウムイオンを充放電時に吸蔵・放出できる物質であれば、特に限定されず、金属カルコゲン化合物等が挙げられる。金属カルコゲン化合物としては、バナジウムの酸化物、モリブデンの酸化物、マンガンの酸化物、クロムの酸化物、チタンの酸化物、タングステンの酸化物等の遷移金属酸化物、バナジウムの硫化物、モリブデンの硫化物、チタンの硫化物、CuS等の遷移金属硫化物、NiPS、FePS等の遷移金属のリン−硫黄化合物、VSe、NbSe等の遷移金属のセレン化合物、Fe0.250.75、Na0.1CrS等の遷移金属の複合酸化物、LiCoS、LiNiS等の遷移金属の複合硫化物等が挙げられる。中でも、V、V13、VO、Cr、MnO、TiO、MoV、LiCoO、LiNiO、LiMn、TiS、V、Cr0.250.75、Cr0.50.5等が好ましく、より好ましくはLiCoO、LiNiO、LiMn、及びこれらの遷移金属の一部を他の金属で置換したリチウム遷移金属複合酸化物である。正極活物質は、単独でも、2種以上を併用してもよい。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a material that can occlude and release lithium ions during charge and discharge, and examples thereof include metal chalcogen compounds. Examples of metal chalcogen compounds include vanadium oxide, molybdenum oxide, manganese oxide, chromium oxide, titanium oxide, tungsten oxide and other transition metal oxides, vanadium sulfide, molybdenum sulfide. , Transition metal sulfides such as CuS, transition metal sulfides such as NiPS 3 and FePS 3 , selenium compounds of transition metals such as VSe 2 and NbSe 3 , Fe 0.25 V 0. Examples thereof include composite oxides of transition metals such as 75 S 2 and Na 0.1 CrS 2 and composite sulfides of transition metals such as LiCoS 2 and LiNiS 2 . Among them, V 2 O 5 , V 5 O 13 , VO 2 , Cr 2 O 5 , MnO 2 , TiO, MoV 2 O 8 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , TiS 2 , V 2 S 5 , Cr 0.25 V 0.75 S 2 , Cr 0.5 V 0.5 S 2 and the like are preferable, and LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , and a part of these transition metals are preferably used as other metals. Lithium transition metal composite oxide substituted with The positive electrode active material may be used alone or in combination of two or more.

正極活物質の量は、通常、正極活物質層中、10〜99.9質量%である。量は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上であり、また、好ましくは99質量%以下である。   The amount of the positive electrode active material is usually 10 to 99.9% by mass in the positive electrode active material layer. The amount is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and preferably 99% by mass or less.

バインダーは、正極活物質を結着できる物質であれば、特に限定されず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン・ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル・ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等のゴム系高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー系高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂系高分子;ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物が挙げられ、中でも重量平均分子量が1万〜300万ものを使用することができる。重量平均分子量は、好ましくは10万以上であり、また、好ましくは100万以下である。ここで、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(ポリスチレン換算)によって求めた値とする。バインダーは、単独でも、2種以上を併用してもよい。   The binder is not particularly limited as long as it can bind the positive electrode active material. Resin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, cellulose, nitrocellulose; SBR (styrene Butadiene rubber), NBR (acrylonitrile butadiene rubber), fluorine rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, rubber polymer such as ethylene propylene rubber; styrene butadiene styrene block copolymer or hydrogenated product thereof, EPDM (ethylene・ Propylene / diene terpolymers, styrene / ethylene / butadiene / ethylene copolymers, styrene / isoprene / styrene block copolymers or hydrogenated products thereof; thermoplastic elastomer polymers; syndiotactic Soft resin polymers such as 1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin copolymer; polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, fluorinated poly Fluorine polymers such as vinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer; polymer compositions having ion conductivity of alkali metal ions (especially lithium ions), among which the weight average molecular weight is 10,000- 3 million can be used. The weight average molecular weight is preferably 100,000 or more, and preferably 1,000,000 or less. Here, the weight average molecular weight is a value determined by gel permeation chromatography (polystyrene conversion). A binder may be individual or may use 2 or more types together.

バインダーの量は、特に限定されないが、正極活物質の保持及び機械的強度、並びにサイクル特性、容量、導電性といった電池性能を確保する点から、通常、正極活物質中、0.1〜80質量%である。量は、好ましくは1質量%以上、より好ましくは5質量%以上であり、また、好ましくは60質量%以下、より好ましくは40質量%以下、特に好ましくは10質量%以下である。   The amount of the binder is not particularly limited, but is generally 0.1 to 80 mass in the positive electrode active material from the viewpoint of securing the positive electrode active material and mechanical strength, and battery performance such as cycle characteristics, capacity, and conductivity. %. The amount is preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and preferably 60% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and particularly preferably 10% by mass or less.

正極の導電性を向上させるために、正極活物質層には導電材を含有させることができる。導電材は、特に限定されず、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等の炭素粉末、金属繊維、金属粉末、金属箔等が挙げられる。導電材は、単独でも、2種以上を併用してもよい。   In order to improve the conductivity of the positive electrode, the positive electrode active material layer can contain a conductive material. The conductive material is not particularly limited, and examples thereof include carbon powder such as acetylene black, carbon black, and graphite, metal fiber, metal powder, and metal foil. The conductive material may be used alone or in combination of two or more.

スラリーを使用して正極活物質層を形成する場合、その溶媒は、正極活物質等を溶解又は分散することが可能であれば、特に限定されず、水系溶媒、有機系溶媒のいずれも使用することができる。水系溶媒が、環境への負荷低減の点から好ましい。   When the positive electrode active material layer is formed using the slurry, the solvent is not particularly limited as long as the positive electrode active material or the like can be dissolved or dispersed, and either an aqueous solvent or an organic solvent is used. be able to. Aqueous solvents are preferred from the viewpoint of reducing environmental burden.

水系溶媒としては水、アルコール(例えばエタノール)等が挙げられ、有機系溶媒としては、N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジメチルエーテル、ジメチルアセタミド、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等が挙げられる。溶媒は、単独でも、2種以上を併用してもよい。   Examples of the aqueous solvent include water, alcohol (for example, ethanol), and examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran (THF), toluene, acetone, dimethyl ether, dimethylacetamide, hexamethylphosphalamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methylnaphthalene, hexane, etc. Can be mentioned. A solvent may be individual or may use 2 or more types together.

特に、水系溶媒を用いる場合、増粘剤を併用することが好ましい。特に、増粘剤をSBR等のゴム系高分子との組み合わせて用いることが好ましい。増粘剤は、特に限定されず、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロースのような水溶性セルロース系高分子、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩等が挙げられる。増粘剤は、単独でも、2種以上を併用してもよい。   In particular, when an aqueous solvent is used, it is preferable to use a thickener together. In particular, it is preferable to use a thickener in combination with a rubber-based polymer such as SBR. The thickener is not particularly limited, and examples thereof include water-soluble cellulose polymers such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, and ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and salts thereof. Thickeners may be used alone or in combination of two or more.

増粘剤を使用する場合、その量は、良好な塗布性を確保し、正極活物質層に占める活物質の割合を適正に保ち、電池の容量が低下したり、正極活物質間の抵抗が増大するといった問題を回避するために、通常、正極活物質層中、0.1〜5質量%である。量は、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは0.6質量%以上であり、また、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下である。   When using a thickener, the amount ensures good coatability, keeps the proportion of the active material in the positive electrode active material layer appropriate, reduces the battery capacity, and reduces the resistance between the positive electrode active materials. In order to avoid the problem of increasing, it is usually 0.1 to 5% by mass in the positive electrode active material layer. The amount is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more, and preferably 3% by mass or less, more preferably 2% by mass or less.

正極活物質層の厚さは、通常、10〜200μmである。正極集電体へのスラリーの塗布、乾燥によって得られた正極活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるために、ローラープレス等により圧密化することが好ましい。   The thickness of the positive electrode active material layer is usually 10 to 200 μm. The positive electrode active material layer obtained by applying the slurry to the positive electrode current collector and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the positive electrode active material.

<電解質>
電解質として、通常、非水系溶媒にリチウム塩を溶解させた非水系電解液、ゲル状電解質、ゴム状電解質、固体シート状電解質等が使用される。
<Electrolyte>
As the electrolyte, a nonaqueous electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in a nonaqueous solvent, a gel electrolyte, a rubber electrolyte, a solid sheet electrolyte, or the like is usually used.

非水系電解液に使用される非水系溶媒は、特に限定されず、当該分野で公知の非水系溶媒を使用することができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類;1,2−ジメトキシエタン等の鎖状エーテル類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、1,3−ジオキソラン等の環状エーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等の鎖状エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類等が挙げられる。これらの非水系溶媒は、単独でも、2種以上を併用してもよい。中でも、環状カーボネートと鎖状カーボネートを含む混合溶媒が好ましい。   The non-aqueous solvent used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, and a non-aqueous solvent known in the art can be used. For example, chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate; chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane; tetrahydrofuran, 2-methyl Examples include cyclic ethers such as tetrahydrofuran, sulfolane and 1,3-dioxolane; chain esters such as methyl formate, methyl acetate and methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone. These non-aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more. Among these, a mixed solvent containing a cyclic carbonate and a chain carbonate is preferable.

非水系電解液に使用されるリチウム塩は、特に限定されず、当該分野で公知のリチウム塩を使用することができる。例えば、LiCl、LiBr等のハロゲン化物、LiClO、LiBrO、LiClO等の過ハロゲン酸塩、LiPF、LiBF、LiAsF等の無機フッ化物塩、リチウムビス(オキサラトホウ酸塩)LiBC等の無機リチウム塩、LiCFSO、LiCSO等のパーフルオロアルカンスルホン酸塩、Liトリフルオロスルフォンイミド((CFSONLi)等のパーフルオロアルカンスルホン酸イミド塩等の含フッ素有機リチウム塩が挙げられる。リチウム塩は、単独でも、2種以上を併用してもよい。非水系電解液中におけるリチウム塩の濃度は、通常、0.5M以上、2.0M以下である。 The lithium salt used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, and a lithium salt known in the art can be used. For example, halides such as LiCl and LiBr, perhalogenates such as LiClO 4 , LiBrO 4 and LiClO 4 , inorganic fluoride salts such as LiPF 6 , LiBF 4 and LiAsF 6 , lithium bis (oxalatoborate) LiBC 4 O Inorganic lithium salts such as 8 , perfluoroalkane sulfonates such as LiCF 3 SO 3 and LiC 4 F 9 SO 3 , perfluoroalkane sulfonic imides such as Li trifluorosulfonimide ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi) Examples thereof include fluorine-containing organic lithium salts such as salts. Lithium salts may be used alone or in combination of two or more. The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is usually 0.5M or more and 2.0M or less.

上記非水系電解液に、有機高分子化合物を含有させて、ゲル状電解質、ゴム状電解質又は固体シート状電解質とすることもできる。この場合、有機高分子化合物としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物;ポリエーテル系高分子化合物の架橋体高分子;ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のビニルアルコール系高分子化合物;ビニルアルコール系高分子化合物の不溶化物;ポリエピクロルヒドリン;ポリフォスファゼン;ポリシロキサン;ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、ポリアクリロニトリル等のビニル系高分子化合物;ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート)、ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート−co−メチルメタクリレート)、ポリ(ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオライド)等のポリマー共重合体等が挙げられる。   The non-aqueous electrolyte solution may contain an organic polymer compound to form a gel electrolyte, rubber electrolyte, or solid sheet electrolyte. In this case, examples of the organic polymer compound include polyether polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide; crosslinked polymers of polyether polymer compounds; vinyl alcohol polymer compounds such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral; vinyl Insoluble matter of alcohol polymer compound; polyepichlorohydrin; polyphosphazene; polysiloxane; vinyl polymer compound such as polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene carbonate, polyacrylonitrile; poly (ω-methoxyoligooxyethylene methacrylate), poly (ω Polymer copolymers such as -methoxyoligooxyethylene methacrylate-co-methyl methacrylate) and poly (hexafluoropropylene-vinylidene fluoride).

非水系電解液には、さらに被膜形成剤を含有させることができる。被膜形成剤としては、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ビニルエチルカーボネート、メチルフェニルカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート等のカーボネート化合物、エチレンサルファイド、プロピレンサルファイド等のアルケンサルファイド;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン等のスルトン化合物;マレイン酸無水物、コハク酸無水物等の酸無水物等が挙げられる。   The non-aqueous electrolyte can further contain a film forming agent. Examples of the film forming agent include vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, vinyl ethyl carbonate, methyl phenyl carbonate, fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, and other carbonate compounds, ethylene sulfide, propylene sulfide, and other alkene sulfides; 1,3-propane sultone, Examples include sultone compounds such as 1,4-butane sultone; acid anhydrides such as maleic anhydride and succinic anhydride.

被膜形成剤を使用する場合、その量は、適正な初期不可逆容量を確保し、かつ低温特性、レート特性といった電池特性の低下を回避する点から、通常、10質量%以下であり、好ましくは8質量%以下、より好ましくは5質量%以下、特に好ましくは2質量%以下である。   When a film forming agent is used, the amount is usually 10% by mass or less, preferably 8%, from the viewpoint of securing an appropriate initial irreversible capacity and avoiding deterioration of battery characteristics such as low temperature characteristics and rate characteristics. It is 5 mass% or less, More preferably, it is 5 mass% or less, Most preferably, it is 2 mass% or less.

電解質として、リチウムイオン等のアルカリ金属カチオンの導電体である高分子固体電解質を用いることもできる。高分子固体電解質としては、前述のポリエーテル系高分子化合物にリチウム塩を溶解させたものや、ポリエーテルの末端水酸基がアルコキシドに置換されているポリマー等が挙げられる。   As the electrolyte, a polymer solid electrolyte that is a conductor of an alkali metal cation such as lithium ion can also be used. Examples of the polymer solid electrolyte include those obtained by dissolving a lithium salt in the aforementioned polyether polymer compound, and polymers in which the terminal hydroxyl group of the polyether is substituted with an alkoxide.

<セパレータ>
正極と負極との間には、短絡を防止するために、通常、セパレータを介在させる。非水系電解液は、通常、このセパレータに含浸させて用いる。セパレータの材料は、特に限定されず、当該分野で公知の材料を使用することができ、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエーテルスルホン等が挙げられ、好ましくはポリオレフィンである。
<Separator>
Usually, a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a short circuit. A non-aqueous electrolyte is usually used by impregnating this separator. The material of the separator is not particularly limited, and materials known in the art can be used. Examples thereof include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyethersulfone, and the like, preferably polyolefin.

本発明のリチウムイオン二次電池の形態は、特に限定されず、当該分野で公知の形態とすることができる。例えば、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプ等が挙げられる。また、これらの形態の電池を任意の外装ケースに収めることにより、コイン型、円筒型、角型等の任意の形状にして用いることができる。   The form of the lithium ion secondary battery of this invention is not specifically limited, It can be set as a well-known form in the said field | area. For example, a cylinder type in which a sheet electrode and a separator are spirally formed, a cylinder type having an inside-out structure in which a pellet electrode and a separator are combined, a coin type in which a pellet electrode and a separator are stacked, and the like can be given. In addition, by storing batteries of these forms in an optional outer case, the battery can be used in an arbitrary shape such as a coin shape, a cylindrical shape, or a square shape.

本発明のリチウムイオン二次電池を組み立てる手順は、特に限定されず、電池の構造に応じて適切な手順で組み立てることができる。例えば、外装ケース上に負極を乗せ、その上に電解液とセパレータを設け、さらに負極と対向するように正極を乗せて、ガスケット、封口板と共にかしめて電池にすることができる。   The procedure for assembling the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be assembled by an appropriate procedure according to the structure of the battery. For example, a negative electrode can be placed on an outer case, an electrolyte and a separator can be provided thereon, and a positive electrode can be placed so as to face the negative electrode, and can be caulked together with a gasket and a sealing plate to form a battery.

次に実施例により本発明の具体的態様をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。   Next, specific embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

(負極活物質の製造)
天然に産出する黒鉛で、X線広角回折法による002面の面間隔(d002)が3.36ÅでLcが1000Å以上、タップ密度が0.46g/cm、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm-1付近のピーク強度に対する1360cm-1付近のピーク強度比であるラマンR値が0.13、平均粒径28.7μm、真密度2.27g/cmにある鱗片状黒鉛粒子を、(株)奈良機械製作所製ハイブリダイゼーションシステムを用いて、ローターの周速度60m/秒、10分の条件で20kg/hrの処理速度で鱗片状黒鉛粒子を連続的に処理することで、黒鉛粒子表面にダメージを与えながら球形化処理を行い、その後さらに分級処理により微粉の除去を行った。得られた球形化黒鉛質炭素は、X線広角回折法による002面の面間隔(d002)が3.36ÅでLcが1000Å以上、タップ密度が0.83g/cm、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm-1付近のピーク強度に対する1360cm-1付近のピーク強度比であるラマンR値が0.24、平均粒径11.6μm、BET法比表面積7.7m/g、真密度2.27g/cm、平均円形度が、0.909であった。
次に、この球形化黒鉛質炭素100質量部と石炭由来のピッチ9.4質量部を捏合機で加熱(160℃)混合し、次いで非酸化性雰囲気で2週間かけて1000℃まで焼成した後、室温まで冷却して、さらに粉砕分級を行うことで、複層構造球形化炭素材料を得た。この複層構造球形化炭素材料はX線広角回折法による002面の面間隔(d002)が3.36ÅでLcが1000Å以上、タップ密度が0.98g/cm、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm-1付近のピーク強度に対する1360cm-1付近のピーク強度比であるラマンR値が0.31、平均粒径11.6μm、d10粒径7.6μm、d90粒径17.5μm、BET法比表面積は3.5m/g、被覆率は5.0%で、X線広角回折法による菱面体3Rと六方晶体2Hとの比3R/2Hが0.26、10nm〜100000nmの範囲の細孔容量は0.74ml/gであった。また、使用した石炭由来のピッチを単独で窒素性雰囲気中1300℃まで焼成し、その後室温まで冷却し、粉砕を行うことで得た非晶質炭素単独材のX線広角回折法による002面の面間隔(d002)は3.45Å、Lcは24Åであった。
(Manufacture of negative electrode active material)
Naturally produced graphite with a 002 plane spacing (d002) of 3.36 mm by L-ray wide angle diffraction method, Lc of 1000 mm or more, tap density of 0.46 g / cm 3 , and 1580 cm −1 in an argon ion laser Raman spectrum. The scale-like graphite particles having a Raman R value which is a peak intensity ratio around 1360 cm −1 to a peak intensity around 0.13, an average particle diameter of 28.7 μm and a true density of 2.27 g / cm 3 are Damage to the graphite particle surface by continuously processing the scaly graphite particles at a processing speed of 20 kg / hr under conditions of a rotor peripheral speed of 60 m / second and 10 minutes using a machine system manufactured by Kikai Seisakusho. The spheroidization treatment was performed while fine powder was removed by further classification treatment. The obtained spheroidized graphitic carbon has an 002 plane spacing (d002) of 3.36 mm, an Lc of 1000 mm or more, a tap density of 0.83 g / cm 3 by an X-ray wide angle diffraction method, and an argon ion laser Raman spectrum. 1580 cm -1 Raman R value is the peak intensity ratio in the vicinity of 1360 cm -1 to the peak intensity near 0.24, an average particle diameter of 11.6, BET method specific surface area of 7.7 m 2 / g, a true density of 2.27 g / cm 3 and the average circularity was 0.909.
Next, 100 parts by mass of this spheroidized graphitic carbon and 9.4 parts by mass of coal-derived pitch were mixed by heating (160 ° C.) with a compounding machine, and then fired to 1000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere over 2 weeks. After cooling to room temperature, pulverization and classification were performed to obtain a multi-layer structure spheroidized carbon material. This multi-layered spheroidized carbon material has a 002 plane spacing (d002) of 3.36 mm, an Lc of 1000 mm or more, a tap density of 0.98 g / cm 3 by an X-ray wide angle diffraction method, and an argon ion laser Raman spectrum of 1580 cm. The Raman R value, which is the peak intensity ratio near 1360 cm −1 to the peak intensity near −1 , is 0.31, the average particle size is 11.6 μm, the d10 particle size is 7.6 μm, the d90 particle size is 17.5 μm, and the BET specific surface area Is 3.5 m 2 / g, the coverage is 5.0%, and the ratio of rhombohedral 3R to hexagonal 2H by the X-ray wide angle diffraction method is 3R / 2H of 0.26, 10 nm to 100,000 nm. Was 0.74 ml / g. In addition, the pitch derived from coal used alone was fired in a nitrogen atmosphere to 1300 ° C., then cooled to room temperature, and pulverized to obtain a 002 surface by an X-ray wide angle diffraction method of an amorphous carbon single material. The surface separation (d002) was 3.45 mm and Lc was 24 mm.

(複合化高分子添着活物質の作製)
上記負極活物質10g、純水10g、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)とポリメチルメタクリレート(PMMA)とがIPN構造を形成した複合化高分子を水に分散した乳液(アルケマ社、商品名:Kynar Aquatec、濃度:50質量%、PVDF:PMMA(質量比)=70:30、複合化高分子のTg=0℃、分散平均粒子径:120nm(動的散乱法:メジアン径))0.02gを混合した後、窒素ガス中、110℃で乾燥させて、複合化高分子添着活物質を得た。複合化高分子による活物質の被覆割合は8%だった。また、添着された複合化高分子の内、重なったり凝縮したりしていないものの粒子径は150nmであった。活物質表面に添着された複合化高分子の粒子径は、走査型電子顕微鏡を用いた観察により求めた。
(Preparation of composite polymer impregnated active material)
10 g of the negative electrode active material, 10 g of pure water, an emulsion in which a composite polymer in which polyvinylidene fluoride (PVDF) and polymethyl methacrylate (PMMA) form an IPN structure is dispersed in water (Arkema, trade name: Kynar Aquatec, Concentration: 50% by mass, PVDF: PMMA (mass ratio) = 70: 30, Tg of composite polymer = 0 ° C., dispersion average particle size: 120 nm (dynamic scattering method: median size)) 0.02 g were mixed. Thereafter, it was dried at 110 ° C. in nitrogen gas to obtain a composite polymer-impregnated active material. The coverage ratio of the active material by the composite polymer was 8%. The particle size of the attached composite polymer that was not overlapped or condensed was 150 nm. The particle diameter of the composite polymer attached to the active material surface was determined by observation using a scanning electron microscope.

(負極の作製)
複合化高分子添着活物質10gと増粘剤としてカルボキシメチルセルロースの水溶液(カルボキシメチルセルロースの濃度:1質量%)10g、及びバインダーとしてスチレン・ブタジエンゴム(SBR、不飽和度:75%、重量平均分子量:12万)の乳液(濃度50質量%)0.2gを、ハイスピードミキサーを用いて混合し、スラリーとした。このスラリーを銅箔(集電体)上にドクターブレード法で塗布し、110℃で乾燥した。これをロールプレスにより線密度20〜300kg/cmでプレスすることにより、活物質層を形成した。乾燥後の活物質層の質量は10mg/cm、密度は1.6g/cm3、平均電極厚みは68μmであった。以上の手順により作製された負極(リチウムイオン二次電池用負極)を、実施例1の負極とした。
(Preparation of negative electrode)
10 g of the composite polymer adsorbing active material, 10 g of an aqueous solution of carboxymethyl cellulose (concentration of carboxymethyl cellulose: 1% by mass) as a thickener, and styrene-butadiene rubber (SBR, unsaturation: 75%, weight average molecular weight as a binder) 120,000) of emulsion (concentration: 50% by mass) was mixed using a high speed mixer to form a slurry. This slurry was applied onto a copper foil (current collector) by a doctor blade method and dried at 110 ° C. This was pressed at a linear density of 20 to 300 kg / cm by a roll press to form an active material layer. The mass of the active material layer after drying was 10 mg / cm 2 , the density was 1.6 g / cm 3 , and the average electrode thickness was 68 μm. The negative electrode (negative electrode for lithium ion secondary battery) produced by the above procedure was used as the negative electrode of Example 1.

複合化高分子を水に分散させた乳液の量を0.2gとした以外は、実施例1と同様にして、実施例2の負極を作製した。複合化高分子による活物質の被覆割合は30%だった。   A negative electrode of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of the emulsion in which the composite polymer was dispersed in water was 0.2 g. The coverage of the active material with the composite polymer was 30%.

複合化高分子を水に分散させた乳液の量を0.2gとし、負極作製時のスラリーに導電助剤としてVGCFを0.1g加えた以外は、実施例1と同様にして、実施例3の負極を作製した。複合化高分子による活物質の被覆割合は30%だった。   Example 3 was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount of the emulsion in which the composite polymer was dispersed in water was 0.2 g, and 0.1 g of VGCF was added as a conductive aid to the slurry during the production of the negative electrode. A negative electrode was prepared. The coverage of the active material with the composite polymer was 30%.

複合化高分子を添着させていない負極活物質を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1の負極を作製した。   A negative electrode of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that a negative electrode active material to which no composite polymer was added was used.

複合化高分子を添着させていない負極活物質を使用し、SBRの乳液に代えて、バインダーとして複合化高分子の水分散液を0.2g使用したこと以外は、実施例1同様にして、比較例2の負極を作製した。   Using a negative electrode active material to which no composite polymer was attached, instead of using an SBR emulsion, 0.2 g of an aqueous dispersion of the composite polymer was used as a binder. A negative electrode of Comparative Example 2 was produced.

(正極の作製)
リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体85質量部に、カーボンブラック10質量部、ポリビニリデンフルオロライドを溶解したN−メチルピロリドン溶液(ポリビニリデンフルオライドの濃度:12質量%)41.7質量部、及び適量のN−メチルピロリドンを加え混練し、スラリーとした。アルミニウム箔にこのスラリーをドクターブレード法で目付け8.8mg/cmに塗布した。110℃で乾燥し、さらに正極層の密度が2.45g/cmとなるようにロールプレスで圧密化した。これを30mm×40mm角に切り出し、140℃で乾燥して正極とした。
(Preparation of positive electrode)
41.7 parts by mass of N-methylpyrrolidone solution (polyvinylidene fluoride concentration: 12% by mass) in which 10 parts by mass of carbon black and polyvinylidene fluoride are dissolved in 85 parts by mass of lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder And an appropriate amount of N-methylpyrrolidone were added and kneaded to prepare a slurry. This slurry was applied to an aluminum foil with a basis weight of 8.8 mg / cm 2 by a doctor blade method. The film was dried at 110 ° C. and further consolidated by a roll press so that the positive electrode layer had a density of 2.45 g / cm 3 . This was cut into a 30 mm × 40 mm square and dried at 140 ° C. to obtain a positive electrode.

(性能評価用電池の作製)
上記の正極と実施例及び比較例に記載の負極を、電解液を含浸させたセパレータを介して重ねて、充放電試験用の電池を作製した。電解液としてはエチレンカーボネート:ジメチルカーボネート:エチルメチルカーボネート=3:3:4(質量比)混合液に、LiPF6を1モル/リットルとなるように溶解させたものを用いた。
この電池に、先ず0.2Cで4.1Vまで充電し、さらに4.1Vで0.1mAとなるまで充電した後、0.2Cで3.0Vまで放電、次いで、0.2Cで4.2Vまで充電し、さらに4.2Vで0.1mAとなるまで充電した後、0.2Cで3.0Vまで放電を2回繰り返し、初期調整とした。
(Production of battery for performance evaluation)
The positive electrode described above and the negative electrode described in Examples and Comparative Examples were stacked through a separator impregnated with an electrolytic solution to prepare a battery for a charge / discharge test. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 in a mixed solution of ethylene carbonate: dimethyl carbonate: ethyl methyl carbonate = 3: 3: 4 (mass ratio) to 1 mol / liter was used.
The battery was first charged to 4.1V at 0.2C, further charged to 0.1mA at 4.1V, then discharged to 3.0V at 0.2C, and then 4.2V at 0.2C. Then, the battery was further charged to 4.2 mA at 0.1 mA, and then discharged at 0.2 C to 3.0 V twice to obtain initial adjustment.

(低温出力特性の評価)
上記のとおり作製した評価用電池について、25℃環境下で、0.2Cの定電流により150分間充電を行ない、その後−30℃の恒温槽に3時間以上保管した後に、各々0.25C、0.50C、0.75C、1.00、1.25C、1.50C、1.75C、2.00Cで2秒間放電させ、その2秒目の電圧を測定した。電流−電圧直線と下限電圧(3V)とで囲まれる3角形の面積を出力(W)とした。結果を表1に示す。
(Evaluation of low temperature output characteristics)
The battery for evaluation produced as described above was charged at a constant current of 0.2 C for 150 minutes in a 25 ° C. environment, and then stored in a thermostatic bath at −30 ° C. for 3 hours or more. The battery was discharged at .50 C, 0.75 C, 1.00, 1.25 C, 1.50 C, 1.75 C, and 2.00 C for 2 seconds, and the voltage at the second second was measured. The area of the triangle surrounded by the current-voltage line and the lower limit voltage (3 V) was defined as output (W). The results are shown in Table 1.

(サイクル維持率の評価)
上記のとおり作製した評価用電池について、まず0.2Cで4.2Vまで充電し、さらに4.2Vで4mAとなるまで充電した後、0.2Cで3.0Vまで放電する予備充放電を行った。ついで、0.7Cで4.2Vまで充電し、さらに4.2Vで4mAとなるまで充電した後、1Cで3.0Vまで放電するサイクル充放電を300回行った。1回目の放電容量に対する300回目の放電容量の比を求め、これをサイクル維持率とした。結果を表1に示す。
(Evaluation of cycle maintenance rate)
The evaluation battery produced as described above was charged to 4.2 V at 0.2 C, charged to 4.2 mA at 4.2 V, and then precharged / discharged to 3.0 V at 0.2 C. It was. Next, the battery was charged to 0.7 V at 0.7 C, charged to 4.2 mA at 4.2 V, and then subjected to 300 cycles of charge / discharge to discharge to 3.0 V at 1 C. The ratio of the discharge capacity at the 300th time to the discharge capacity at the first time was determined, and this was used as the cycle retention rate. The results are shown in Table 1.

Figure 0005552865
Figure 0005552865

表1の結果から、以下のことが明らかである。
複合化高分子を添着させていない負極活物質を使用した比較例1に対して、複合化高分子添着活物質を使用した実施例1〜3の電池は、低温出力特性が改善しており、良好なサイクル特性を維持していることがわかる。
一方、複合化高分子を活物質表面に添着させずに、SBRの乳液に代えて、バインダーとして複合化高分子を負極作製時のスラリー中に添加した比較例2では、比較例1に対して、低温出力特性は改善するものの、サイクル特性が著しく劣る結果となった。また、低温出力特性の改善幅も、実施例2、3には及ばなかった。よって、本発明の非水系二次電池電極用、とりわけリチウムイオン二次電池電極用の複合化高分子添着活物質のみが低温出力とサイクル特性を高いレベルで両立していると言える。
From the results in Table 1, the following is clear.
Compared to Comparative Example 1 using the negative electrode active material to which the composite polymer was not attached, the batteries of Examples 1 to 3 using the composite polymer attached active material had improved low-temperature output characteristics, It can be seen that good cycle characteristics are maintained.
On the other hand, in Comparative Example 2 in which the composite polymer was added as a binder to the slurry at the time of preparing the negative electrode instead of the SBR emulsion without attaching the composite polymer to the active material surface, Although the low-temperature output characteristics were improved, the cycle characteristics were extremely inferior. Further, the improvement range of the low-temperature output characteristics was not as good as in Examples 2 and 3. Therefore, it can be said that only the composite polymer-impregnated active material for the non-aqueous secondary battery electrode of the present invention, particularly for the lithium ion secondary battery electrode, achieves both low temperature output and cycle characteristics at a high level.

本発明の複合高分子含有活物質は、非水系二次電池、とりわけリチウムイオン二次電池の電極に用いた場合に、低温における入出力特性及びサイクル特性をバランスよく改善することができる。本発明の複合化高分子添着活物質を用いた電極は、水系溶媒で調製することができ、環境への負荷も小さい。   The composite polymer-containing active material of the present invention can improve the input / output characteristics and cycle characteristics at a low temperature in a balanced manner when used for an electrode of a non-aqueous secondary battery, particularly a lithium ion secondary battery. An electrode using the composite polymer-impregnated active material of the present invention can be prepared with an aqueous solvent and has a low environmental impact.

Claims (7)

フッ素系高分子(a1)と含酸素官能基を有する高分子(a2)とが相互貫入構造を形成している複合化高分子(A)が、活物質の表面の少なくとも一部に添着されていることを特徴とする、非水系二次電池電極用の複合化高分子添着活物質。 The composite polymer (A) in which the fluorine polymer (a1) and the polymer (a2) having an oxygen-containing functional group form an interpenetrating structure is attached to at least a part of the surface of the active material. A composite polymer-impregnated active material for a non-aqueous secondary battery electrode. 水系溶媒中で、複合化高分子(A)及び活物質を混合した後、乾燥させることにより得られる、請求項1記載の複合化高分子添着活物質。 The composite polymer impregnated active material according to claim 1, which is obtained by mixing the composite polymer (A) and the active material in an aqueous solvent and then drying the mixture. フッ素系高分子(a1)が、フッ素含有モノマーのホモポリマー又はコポリマーである、請求項1又は2記載の複合化高分子添着活物質。 The composite polymer-impregnated active material according to claim 1 or 2, wherein the fluorine-based polymer (a1) is a homopolymer or copolymer of a fluorine-containing monomer. さらに、導電助剤(B)を、活物質の表面の少なくとも一部に有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合化高分子添着活物質。 Furthermore, the composite polymer adhesion active material of any one of Claims 1-3 which has a conductive support agent (B) in at least one part of the surface of an active material. 集電体上に、請求項1〜4のいずれか1項記載の複合化高分子添着活物質を含む活物質層を備えた、非水系二次電池用電極。 An electrode for a non-aqueous secondary battery, comprising an active material layer containing the composite polymer-impregnated active material according to any one of claims 1 to 4 on a current collector. 前記活物質層が負極活物質層であって、さらにセルロース系高分子及びゴム系高分子を含む、請求項5記載の非水系二次電池用負極。 The negative electrode for a non-aqueous secondary battery according to claim 5, wherein the active material layer is a negative electrode active material layer and further contains a cellulose polymer and a rubber polymer. リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極、負極及び電解液を備えた電池であって、負極が請求項5記載の電極又は請求項6記載の負極であることを特徴とする、非水系二次電池。 A non-aqueous secondary battery comprising a positive electrode capable of inserting and extracting lithium ions, a negative electrode, and an electrolyte solution, wherein the negative electrode is the electrode according to claim 5 or the negative electrode according to claim 6. .
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