JP5678419B2 - Battery electrode and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は電池用電極およびその製造方法に関する。より詳細には、サイクル特性を向上させうる電池用電極およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a battery electrode and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a battery electrode capable of improving cycle characteristics and a manufacturing method thereof.

近年、環境保護運動の高まりを背景として、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、および燃料電池車(FCV)の開発が進められている。これらのモータ駆動用電源としては繰り返し充放電可能な二次電池が適しており、特に高容量、高出力が期待できるリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池が注目を集めている。   In recent years, the development of electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and fuel cell vehicles (FCV) has been promoted against the background of the increasing environmental protection movement. A secondary battery that can be repeatedly charged and discharged is suitable as a power source for driving these motors, and a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery that can be expected to have a high capacity and a high output is attracting attention.

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、及び高いエネルギーを有することが求められている。従って、全ての電池の中で比較的高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。   As a secondary battery for driving a motor, it is required to have extremely high output characteristics and high energy as compared with a consumer lithium ion secondary battery used in a mobile phone, a notebook personal computer or the like. Therefore, lithium ion secondary batteries having a relatively high theoretical energy among all the batteries are attracting attention, and are currently being developed rapidly.

リチウムイオン二次電池は、一般に、バインダーを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダーを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。そして、リチウムイオンが電極活物質中に吸蔵・放出されることにより電池の充放電反応が起こる。   Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied to both surfaces of a positive electrode current collector using a binder, and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied to both surfaces of a negative electrode current collector using a binder. However, it has the structure connected through an electrolyte layer and accommodated in a battery case. The lithium ion is occluded / released in the electrode active material, thereby causing a charge / discharge reaction of the battery.

従来、リチウムイオン二次電池の負極には充放電サイクルの寿命やコスト面で有利な炭素、特に黒鉛系材料が用いられてきた。また、最近では、高容量の負極活物質として、リチウムと合金化しうる材料(合金系活物質)などが研究されている。例えば、Si材料は、充放電において1molあたり4.4molのリチウムイオンを吸蔵放出し、Li22Siにおいては4200mAh/g程度もの理論容量を有する。このようにリチウムと合金化しうる材料は電極のエネルギー密度を増加させることができるため、車両用途における負極材料として期待されている。 Conventionally, carbon that is advantageous in terms of charge / discharge cycle life and cost, particularly graphite-based materials, has been used for the negative electrode of a lithium ion secondary battery. Recently, materials capable of being alloyed with lithium (alloy-based active materials) have been studied as high-capacity negative electrode active materials. For example, Si material occludes and releases 4.4 mol of lithium ions per mol during charge / discharge, and Li 22 Si 5 has a theoretical capacity of about 4200 mAh / g. Thus, since the material which can be alloyed with lithium can increase the energy density of an electrode, it is anticipated as a negative electrode material in a vehicle use.

しかしながら、このような大容量を有する炭素材料やリチウムと合金化する材料などの負極活物質は、電池の充放電反応の際にリチウムイオンの吸蔵放出に伴い膨張収縮する。例えば、グラファイトのような炭素系負極活物質を用いた場合には約10%の、また、合金系活物質を用いた場合には200%近くの体積変化を伴う。この体積膨張が大きいと、充放電を繰り返した場合に当該活物質が崩壊して微細化し、集電体から活物質が脱離するおそれがある。この現象は、電池を構成した場合にサイクル特性の低下をもたらす可能性がある。   However, such a negative electrode active material such as a carbon material having a large capacity or a material alloyed with lithium expands and contracts as lithium ions are occluded and released during the charge / discharge reaction of the battery. For example, when a carbon-based negative electrode active material such as graphite is used, the volume change is about 10%, and when an alloy-based active material is used, a volume change of about 200% is accompanied. If the volume expansion is large, the active material may collapse and become finer when charging and discharging are repeated, and the active material may be detached from the current collector. This phenomenon may cause deterioration of cycle characteristics when a battery is configured.

一方、電池のサイクル特性を向上させうる技術として、特許文献1には、シランカップリング剤などのシラン化合物で活物質表面を表面処理することにより、活物質表面での電解液による分解を抑制することが記載されている。   On the other hand, as a technique capable of improving the cycle characteristics of a battery, Patent Document 1 discloses that the surface of an active material is surface-treated with a silane compound such as a silane coupling agent, thereby suppressing decomposition by the electrolyte on the surface of the active material. It is described.

特開平11−354104号公報JP-A-11-354104

特許文献1に記載される電池では、シラン化合物による表面処理によって電解液の分解反応を抑制することができるものの、依然として、活物質の膨張収縮による脱落という問題は解決されない。   In the battery described in Patent Document 1, although the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed by the surface treatment with the silane compound, the problem of falling off due to expansion and contraction of the active material is still not solved.

そこで本発明は、充放電時の活物質の膨張収縮による脱落を防止しうる手段を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the means which can prevent the fallen by the expansion / contraction of the active material at the time of charging / discharging.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行なった結果、活物質とバインダーポリマーとをシランカップリング剤を用いて化学的に結合させることにより、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by chemically bonding the active material and the binder polymer using a silane coupling agent. The headline and the present invention were completed.

すなわち本発明は、集電体と;前記集電体の表面に形成され、活物質およびバインダーポリマーを含む活物質層と;を有するリチウムイオン二次電池用電極である。そして、前記活物質と前記バインダーポリマーとがシランカップリング剤の加水分解物またはシランカップリング剤の加水分解物の脱水縮合物を介して結合している。   That is, the present invention is an electrode for a lithium ion secondary battery comprising: a current collector; and an active material layer formed on the surface of the current collector and containing an active material and a binder polymer. And the said active material and the said binder polymer are couple | bonded through the dehydration condensate of the hydrolyzate of a silane coupling agent, or the hydrolyzate of a silane coupling agent.

本発明によれば、活物質とバインダーポリマーとをシランカップリング剤を用いて化学結合させることによって、電極構造が強固で安定なものとなり、充放電時の電極の膨張収縮による活物質の脱落を防止することができる。   According to the present invention, by chemically bonding the active material and the binder polymer using a silane coupling agent, the electrode structure becomes strong and stable, and the active material is removed by expansion and contraction of the electrode during charge and discharge. Can be prevented.

本発明の代表的な一実施形態である扁平型(積層型)の非双極型リチウムイオン二次電池(積層型電池)の基本構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a basic configuration of a flat (stacked) non-bipolar lithium ion secondary battery (stacked battery) that is a representative embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に使用される活物質層の模式図であって、図2Aは活物質が収縮したときの活物質層の模式図であり、図2Bは活物質が膨張したときの負極活物質層の模式図である。FIG. 2A is a schematic diagram of an active material layer used in an embodiment of the present invention, FIG. 2A is a schematic diagram of the active material layer when the active material contracts, and FIG. 2B is a negative electrode when the active material expands It is a schematic diagram of an active material layer. 活物質とバインダーポリマーとが結合されていない活物質層の模式図であって、図3Aは充放電反応前の活物質層の模式図であり、図3Bは活物質が膨張したときの活物質層の模式図であり、図3Cは活物質が収縮したときの活物質層の模式図である。3A is a schematic diagram of an active material layer in which an active material and a binder polymer are not bonded, FIG. 3A is a schematic diagram of an active material layer before a charge / discharge reaction, and FIG. 3B is an active material when the active material expands FIG. 3C is a schematic diagram of the active material layer when the active material contracts. 本発明の一実施形態における活物質とバインダーポリマーとの結合形態を示す模式図であって、図4Aはシランカップリング剤がRa中にアミノ基を有する場合の模式図であり、図4Bはシランカップリング剤がRa中にエポキシ基を有する場合の模式図である。FIG. 4A is a schematic diagram showing a binding form of an active material and a binder polymer in one embodiment of the present invention, and FIG. 4A is a schematic diagram when the silane coupling agent has an amino group in Ra, and FIG. 4B is a silane It is a schematic diagram in case a coupling agent has an epoxy group in Ra. 本発明の一実施形態である積層型電池の外観を模式的に表した斜視図である。1 is a perspective view schematically showing an appearance of a stacked battery which is an embodiment of the present invention. 実施例および比較例で得た電極をN−メチルピロリドン(NMP)に浸漬した結果を示す写真であり、左から順に実施例4、実施例1、比較例3、比較例4の各電極の浸漬結果を示している。It is a photograph which shows the result of having immersed the electrode obtained by the Example and the comparative example in N-methylpyrrolidone (NMP), and immersion of each electrode of Example 4, Example 1, Comparative Example 3, and Comparative Example 4 from the left. Results are shown.

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみには制限されない。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not restrict | limited only to the following embodiment. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from actual ratios.

本発明の一形態によれば、集電体と;前記集電体の表面に形成され、活物質およびバインダーポリマーを含む活物質層と;を有するリチウムイオン二次電池用電極が提供される。そして、前記活物質と前記バインダーポリマーとがシランカップリング剤の加水分解物またはシランカップリング剤の加水分解物の脱水縮合物を介して結合している。   According to one embodiment of the present invention, there is provided an electrode for a lithium ion secondary battery, comprising: a current collector; and an active material layer formed on a surface of the current collector and including an active material and a binder polymer. And the said active material and the said binder polymer are couple | bonded through the dehydration condensate of the hydrolyzate of a silane coupling agent, or the hydrolyzate of a silane coupling agent.

まず、本形態の電極が適用され得るリチウムイオン二次電池の基本的な構成を、図面を用いて説明する。   First, a basic configuration of a lithium ion secondary battery to which the electrode of this embodiment can be applied will be described with reference to the drawings.

[電池の全体構造]
本発明において、リチウムイオン二次電池の構造および形態は特に制限されず、従来公知の多様な構造に適用されうる。好ましくは積層型(扁平型)の電池である。以下の説明では、代表的な実施形態として本発明の電池が積層型(扁平型)のリチウムイオン二次電池である場合を例に挙げて説明するが、本発明の技術的範囲は下記の形態のみに制限されない。
[Battery overall structure]
In the present invention, the structure and form of the lithium ion secondary battery are not particularly limited, and can be applied to various conventionally known structures. A stacked (flat) battery is preferred. In the following description, a case where the battery of the present invention is a laminated (flat) lithium ion secondary battery will be described as an example as a representative embodiment, but the technical scope of the present invention is as follows. Is not limited to only.

図1は、本発明の一実施形態である扁平型(積層型)の非双極型リチウムイオン二次電池(以下、単に「積層型電池」ともいう)の基本構成を示す概略図である。図1に示すように、本実施形態の積層型電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装体であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、負極集電体11の両面に負極活物質層13が配置された負極と、電解質層17と、正極集電体12の両面に正極活物質層15が配置された正極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの負極活物質層13とこれに隣接する正極活物質層15とが、電解質層17を介して対向するようにして、負極、電解質層および正極がこの順に積層されている。これにより、隣接する負極、電解質層および正極は、1つの単電池層(単セル)19を構成する。したがって、本実施形態の積層型電池10は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a flat (stacked) non-bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “stacked battery”) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the stacked battery 10 of the present embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 29 that is an exterior body. . Here, in the power generation element 21, the negative electrode in which the negative electrode active material layer 13 is disposed on both surfaces of the negative electrode current collector 11, the electrolyte layer 17, and the positive electrode active material layer 15 are disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 12. It has a configuration in which a positive electrode is laminated. Specifically, the negative electrode, the electrolyte layer, and the positive electrode are stacked in this order so that one negative electrode active material layer 13 and the positive electrode active material layer 15 adjacent thereto face each other with the electrolyte layer 17 therebetween. . Thereby, the adjacent negative electrode, electrolyte layer, and positive electrode constitute one single battery layer (single cell) 19. Therefore, it can be said that the stacked battery 10 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of the single battery layers 19 are stacked and electrically connected in parallel.

なお、発電要素21の両最外層に位置する最外層負極集電体には、いずれも片面のみに負極活物質層13が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図1とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層正極集電体が位置するようにし、該最外層正極集電体の片面または両面に正極活物質層が配置されているようにしてもよい。   In addition, although the negative electrode active material layer 13 is arrange | positioned only in the single side | surface at all the outermost layer negative electrode collectors located in both outermost layers of the electric power generation element 21, an active material layer may be provided in both surfaces. That is, instead of using a current collector dedicated to the outermost layer provided with an active material layer only on one side, a current collector having an active material layer on both sides may be used as it is as an outermost current collector. Further, by reversing the arrangement of the positive electrode and the negative electrode as compared with FIG. 1, the outermost positive electrode current collector is positioned in both outermost layers of the power generation element 21, and the outermost positive electrode current collector is arranged on one or both surfaces A positive electrode active material layer may be disposed.

負極集電体11および正極集電体12は、各電極(負極および正極)と導通される負極集電板25および正極集電板27がそれぞれ取り付けられ、ラミネートシート29の端部に挟まれるようにしてラミネートシート29の外部に導出される構造を有している。負極集電板25および正極集電板27はそれぞれ、必要に応じて負極リードおよび正極リード(図示せず)を介して、各電極の負極集電体11および正極集電体12に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。   The negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 12 are attached to a negative electrode current collector plate 25 and a positive electrode current collector plate 27 that are electrically connected to the respective electrodes (negative electrode and positive electrode), and are sandwiched between end portions of the laminate sheet 29. Thus, it has a structure led out of the laminate sheet 29. The negative electrode current collector plate 25 and the positive electrode current collector plate 27 are ultrasonically welded to the negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 12 of each electrode via a negative electrode lead and a positive electrode lead (not shown), respectively, as necessary. Or resistance welding or the like.

本実施形態において、発電要素21に含まれる正極または負極のいずれか1つは、集電体と;前記集電体の表面に形成され、活物質およびバインダーポリマーを含む活物質層と;を有する。そして、該活物質層では前記活物質と前記バインダーポリマーとがシランカップリング剤の加水分解物またはシランカップリング剤の加水分解物の脱水縮合物を介して結合している。本明細書においては、活物質とバインダーポリマーとがシランカップリング剤により結合されて一体化されたかような活物質層を「一体化活物質層」とも称する。好ましくは、負極のいずれか1つが一体化活物質層を有することが好ましい。一般に負極活物質は正極活物質に比べて充放電時の膨張収縮が大きく、活物質の脱落が生じやすい。負極活物質層として一体化活物質層を採用することにより、電極からの活物質の脱落を防止するという本発明の効果が顕著に発揮されうる。これにより、電池を構成した場合に電池のサイクル特性が向上しうる。   In the present embodiment, any one of the positive electrode and the negative electrode included in the power generation element 21 includes a current collector; and an active material layer formed on the surface of the current collector and including an active material and a binder polymer. . In the active material layer, the active material and the binder polymer are bonded via a hydrolyzate of a silane coupling agent or a dehydration condensate of a hydrolyzate of a silane coupling agent. In the present specification, an active material layer in which an active material and a binder polymer are integrated by being bonded by a silane coupling agent is also referred to as an “integrated active material layer”. Preferably, any one of the negative electrodes has an integrated active material layer. In general, the negative electrode active material is larger in expansion and contraction during charge and discharge than the positive electrode active material, and the active material is likely to fall off. By adopting the integrated active material layer as the negative electrode active material layer, the effect of the present invention of preventing the active material from falling off the electrode can be remarkably exhibited. Thereby, when the battery is configured, the cycle characteristics of the battery can be improved.

以下、本実施形態の電池を構成する部材について、詳細に説明する。   Hereinafter, members constituting the battery of this embodiment will be described in detail.

[電極]
(集電体)
集電体(負極集電体11、正極集電体12)としては、いずれも電池用の集電体材料として従来用いられている部材が適宜採用されうる。一例を挙げると、正極集電体および負極集電体としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼(SUS)、チタンまたは銅が挙げられる。中でも、電子伝導性、電池作動電位という観点からは、正極集電体としてはアルミニウムが好ましく、負極集電体としては銅が好ましい。集電体の一般的な厚さは、10〜20μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。集電板についても、集電体と同様の材料で形成することができる。
[electrode]
(Current collector)
As the current collectors (the negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 12), any member conventionally used as a current collector material for a battery can be appropriately employed. As an example, examples of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector include aluminum, nickel, iron, stainless steel (SUS), titanium, and copper. Among these, from the viewpoints of electron conductivity and battery operating potential, aluminum is preferable as the positive electrode current collector, and copper is preferable as the negative electrode current collector. A typical thickness of the current collector is 10 to 20 μm. However, a current collector having a thickness outside this range may be used. The current collector plate can also be formed of the same material as the current collector.

(活物質層)
活物質層は活物質およびバインダーポリマーを含み、必要に応じて電気伝導性を高めるための導電剤、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩(リチウム塩)などをさらに含んで構成される。
(Active material layer)
The active material layer contains an active material and a binder polymer, and if necessary, a conductive agent for increasing electrical conductivity, an electrolyte (polymer matrix, ion conductive polymer, electrolytic solution, etc.), and an electrolyte support for increasing ionic conductivity. It further includes a salt (lithium salt) and the like.

本実施形態においては、活物質とバインダーポリマーとがシランカップリング剤の加水分解物または前記加水分解物の脱水縮合物(以下、単に「シランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物」とも称する)を介して結合している。すなわち、シランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物は活物質の表面と化学反応により結合を形成している。また、シランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物はバインダーポリマーとも化学反応により結合を形成している。なお、バインダーポリマーや活物質は、シランカップリング剤との結合の形成により一部改質されているが、かような改質されているものも本発明の範囲に含まれるものとする。   In the present embodiment, the active material and the binder polymer are a hydrolyzate of a silane coupling agent or a dehydration condensate of the hydrolyzate (hereinafter simply referred to as “hydrolyzate of a silane coupling agent or a dehydration condensate thereof”). Connected to each other. That is, the hydrolyzate of the silane coupling agent or its dehydration condensate forms a bond with the surface of the active material by a chemical reaction. Moreover, the hydrolyzate of a silane coupling agent or its dehydration condensate forms a bond with the binder polymer by a chemical reaction. The binder polymer and the active material are partially modified by forming a bond with the silane coupling agent, but such modified polymers are also included in the scope of the present invention.

図2Aおよび図2Bに本発明の一実施形態に使用される活物質層の模式図を示す。図2Aは活物質が収縮したときの活物質層の模式図である。本実施形態において、活物質層は活物質32、バインダーポリマー33、および導電剤35を含む。そして、活物質32とバインダーポリマー33とは、シランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物34を介して結合している。かような形態によれば、活物質とバインダーポリマーとがシランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物から構成される結合部位によって結合され、一体化された構造となる。   2A and 2B are schematic views of an active material layer used in one embodiment of the present invention. FIG. 2A is a schematic diagram of an active material layer when the active material contracts. In the present embodiment, the active material layer includes an active material 32, a binder polymer 33, and a conductive agent 35. The active material 32 and the binder polymer 33 are bonded via a hydrolyzate of the silane coupling agent or a dehydration condensate 34 thereof. According to such a form, the active material and the binder polymer are bonded to each other through a bonding site constituted by a hydrolyzate of the silane coupling agent or a dehydrated condensate thereof, thereby forming an integrated structure.

図2Bは活物質が膨張したときの活物質層の模式図である。図2Bに示すように、本実施形態においては、充電または放電により活物質が膨張した場合であっても、活物質とバインダーポリマーとがシランカップリング剤を用いて多数の点で強固に結合され、活物質−結合部位−バインダーポリマーの一体構造が保持される。そして、活物質が膨張収縮などにより崩壊して微細化した場合であっても、微細化された活物質のほとんどがバインダーポリマーと結合されている。これにより、電極の体積変化が大きい場合であっても活物質層の構造が安定化するため、電極からの活物質の滑落を防止することができ、その結果、電池の充放電効率およびサイクル特性が有意に向上しうる。   FIG. 2B is a schematic diagram of the active material layer when the active material expands. As shown in FIG. 2B, in this embodiment, even when the active material expands due to charging or discharging, the active material and the binder polymer are firmly bonded at a number of points using a silane coupling agent. , The integral structure of active material-binding site-binder polymer is retained. And even if it is a case where an active material disintegrates and refines | miniaturizes by expansion / contraction etc., most of the refined active material is couple | bonded with the binder polymer. This stabilizes the structure of the active material layer even when the volume change of the electrode is large, so that the active material can be prevented from slipping from the electrode. As a result, the charge / discharge efficiency and cycle characteristics of the battery can be prevented. Can be significantly improved.

さらに、本実施形態のように導電剤を含む場合には、充放電を繰り返した場合であっても活物質層の導電パスが維持されうる。導電剤はバインダーポリマーとの相溶性が高いため、活物質とバインダーポリマーとを結合させて一体化することにより、充放電時に活物質が崩壊した場合であっても、活物質と導電助剤との電気的な接触が良好に維持される。したがって、電極の膨張収縮による活物質層内の導電パスの崩壊が防止され、サイクル特性に一層優れる電極が得られる。   Furthermore, when a conductive agent is included as in this embodiment, the conductive path of the active material layer can be maintained even when charging and discharging are repeated. Since the conductive agent is highly compatible with the binder polymer, the active material and the conductive auxiliary agent can be combined even if the active material collapses during charge and discharge by combining the active material and the binder polymer. Good electrical contact is maintained. Therefore, collapse of the conductive path in the active material layer due to the expansion and contraction of the electrode is prevented, and an electrode with further excellent cycle characteristics can be obtained.

これに対して、活物質とバインダーポリマーとが結合されていない従来の活物質層では、充放電反応を繰り返すとサイクル特性が低下するという問題があった。従来、電極は活物質やバインダー(バインダーポリマー)などの電極材料を混合して集電体に塗布し、乾燥させることにより製造されることが多い。しかし、かような方法では、活物質が活物質層内に物理的に収容されるのみであるため、充放電時に活物質が崩壊して微細化し、活物質層から脱離するおそれがある。活物質の脱離により導電パスが崩壊し、脱離した活物質は充放電反応に寄与できなくなるため、充放電を繰り返すうちに電極の容量が低下していくという問題があった。   On the other hand, in the conventional active material layer in which the active material and the binder polymer are not bonded, there is a problem that the cycle characteristics deteriorate when the charge / discharge reaction is repeated. Conventionally, an electrode is often manufactured by mixing an electrode material such as an active material or a binder (binder polymer), applying the mixture to a current collector, and drying. However, in such a method, since the active material is only physically accommodated in the active material layer, the active material may collapse and become finer during charge / discharge and may be detached from the active material layer. The conductive path collapses due to the desorption of the active material, and the desorbed active material cannot contribute to the charge / discharge reaction. Therefore, there is a problem in that the capacity of the electrode decreases as the charge / discharge is repeated.

図3A〜Cに活物質とバインダーポリマーとが結合されていない活物質層の模式図を示す。図3Aは充放電反応前の活物質層の模式図であり、図3Bは活物質が膨張したときの活物質層の模式図であり、図3Cは活物質が収縮したときの活物質層の模式図である。図3A〜Cに示すように、活物質32とバインダーポリマー33とが化学的に結合されていない場合には、活物質の膨張収縮を繰り返すうちに、活物質が活物質層から脱離して電極構造が劣化するおそれがある。脱落した活物質32aは充放電に寄与できなくなるため、充放電の進行とともに容量が低下してしまい、その結果、サイクル特性が低下する。   3A to C show schematic views of an active material layer in which the active material and the binder polymer are not bonded. 3A is a schematic diagram of the active material layer before the charge / discharge reaction, FIG. 3B is a schematic diagram of the active material layer when the active material expands, and FIG. 3C is a diagram of the active material layer when the active material contracts It is a schematic diagram. As shown in FIGS. 3A to 3C, when the active material 32 and the binder polymer 33 are not chemically bonded, the active material is detached from the active material layer while the expansion and contraction of the active material is repeated. The structure may be deteriorated. Since the dropped active material 32a cannot contribute to charging / discharging, the capacity decreases with the progress of charging / discharging, and as a result, cycle characteristics deteriorate.

(a)活物質
負極活物質はリチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されず、従来公知の負極活物質をいずれも使用できるが、炭素材料またはリチウムと合金化する材料を使用することが好ましい。炭素材料やリチウムと合金化する材料は、電池の充電時の体積膨張率が大きいため、本発明の効果を顕著に発揮しうる。
(A) Active material The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly occlude and release lithium, and any conventionally known negative electrode active material can be used, but a carbon material or a material alloyed with lithium can be used. It is preferable to use it. Since the carbon material and the material alloyed with lithium have a large volume expansion coefficient when charging the battery, the effects of the present invention can be remarkably exhibited.

かようなリチウムと合金化する材料としては、リチウムと合金化する元素の単体、これらの元素を含む酸化物および炭化物等が挙げられる。リチウムと合金化する材料を用いることにより、炭素系材料に比して高いエネルギー密度を有する高容量の電池を得ることが可能となる。上記のリチウムと合金化する元素としては、以下に制限されることはないが、具体的には、Si、Ge、Sn、Pb、Al、In、Zn、H、Ca、Sr、Ba、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、C、N、Sb、Bi、O、S、Se、Te、Cl等が挙げられる。酸化物としては、SiO(0<x<2)、SnO(0<x<2)、SnSiOなどを用いることができる。また、炭化物としては、炭化ケイ素(SiC)などを用いることができる。これらの中でも、容量およびエネルギー密度に優れた電池を構成できる観点から、負極活物質は、Si、Ge、Sn、Pb、Al、In、およびZnからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むことが好ましく、SiまたはSnの元素を含むことがより好ましく、Siを含むことがさらに好ましく、シリコンまたはSiO(0<x<2)などのシリコン酸化物であることが特に好ましい。シリコンとしては市販品を用いても、半導体用ウエハを粉砕して用いてもよい。シリコン酸化物のSiOxで表されるxは、リチウムの吸蔵量を十分に確保する観点で好ましくは1.5以下であり、工業的生産の容易さからより好ましくは0.8〜1.2である。なお、上記リチウムと合金化する元素の単体、これらの元素を含む酸化物および炭化物等には相溶する元素であれば異種元素が任意の濃度でドープされていてもよい。 Examples of such materials that can be alloyed with lithium include simple elements that are alloyed with lithium, oxides and carbides containing these elements, and the like. By using a material that is alloyed with lithium, it is possible to obtain a high-capacity battery having a higher energy density than that of a carbon-based material. The element alloying with lithium is not limited to the following, but specifically, Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Cl, and the like. As the oxide, SiO x (0 <x <2), SnO x (0 <x <2), SnSiO 3 or the like can be used. Moreover, silicon carbide (SiC) etc. can be used as a carbide | carbonized_material. Among these, from the viewpoint that a battery excellent in capacity and energy density can be configured, the negative electrode active material contains at least one element selected from the group consisting of Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, and Zn. Preferably, it contains Si or Sn elements, more preferably contains Si, and particularly preferably silicon or a silicon oxide such as SiO x (0 <x <2). As silicon, a commercially available product may be used, or a semiconductor wafer may be pulverized. X represented by SiOx of the silicon oxide is preferably 1.5 or less from the viewpoint of sufficiently securing the occlusion amount of lithium, and more preferably 0.8 to 1.2 from the viewpoint of ease of industrial production. is there. It should be noted that different elements may be doped at any concentration as long as they are compatible elements with the elemental element that forms an alloy with lithium, oxides and carbides containing these elements, and the like.

炭素材料としては、高結晶性カーボンであるグラファイト(天然グラファイト、人造グラファイト等)、低結晶性カーボン(ソフトカーボン、ハードカーボン)、カーボンブラック(ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック等)、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンフィブリルなどが挙げられる。   Carbon materials include graphite (natural graphite, artificial graphite, etc.), highly crystalline carbon, low crystalline carbon (soft carbon, hard carbon), carbon black (Ketjen Black, acetylene black, channel black, lamp black, oil Furnace black, thermal black, etc.), fullerene, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nanohorn, carbon fibril and the like.

この他、リチウム−チタン複合酸化物(チタン酸リチウム:LiTi12)等のリチウム−遷移金属複合酸化物、およびその他の従来公知の負極活物質が使用可能である。 In addition, lithium-transition metal composite oxides such as lithium-titanium composite oxide (lithium titanate: Li 4 Ti 5 O 12 ) and other conventionally known negative electrode active materials can be used.

なお、これらの負極活物質は、単独で用いてもよく、場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。ただし、本発明の効果を顕著に発揮するためには、炭素材料および/またはリチウムと合金化する材料を活物質中に好ましくは50質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、特に好ましくは100質量%を含む。   In addition, these negative electrode active materials may be used independently, and 2 or more types of negative electrode active materials may be used together depending on the case. However, in order to exert the effects of the present invention remarkably, the carbon material and / or the material alloyed with lithium is preferably 50% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and still more preferably 90% in the active material. It contains at least 100% by mass, particularly preferably 100% by mass.

正極活物質は特にリチウムの吸蔵放出が可能な材料であれば限定されず、リチウムイオン二次電池に通常用いられる正極活物質を利用することができる。具体的には、リチウム−マンガン複合酸化物(LiMnなど)、リチウム−ニッケル複合酸化物(LiNiOなど)、リチウム−コバルト複合酸化物(LiCoOなど)、リチウム−鉄複合酸化物(LiFeOなど)、リチウム−ニッケル−マンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5など)、リチウム−ニッケル−コバルト複合酸化物(LiNi0.8Co0.2など)、リチウム−遷移金属リン酸化合物(LiFePOなど)、およびリチウム−遷移金属硫酸化合物(LiFe(SO)などが挙げられる。上記正極活物質は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of occluding and releasing lithium, and a positive electrode active material usually used for a lithium ion secondary battery can be used. Specifically, lithium-manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 etc.), lithium-nickel composite oxide (LiNiO 2 etc.), lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 etc.), lithium-iron composite oxide ( LiFeO 2 etc.), lithium-nickel-manganese composite oxide (LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 etc.), lithium-nickel-cobalt composite oxide (LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 etc.), lithium - transition metal phosphate compound (such as LiFePO 4), and lithium - transition metal sulfate compound (Li x Fe 2 (SO 4 ) 3) , and the like. The positive electrode active material may be used alone or in the form of a mixture of two or more.

活物質の形状は特に制限されず、微粒子状、薄膜状などの任意の形状であってよいが、好ましくは微粒子状である。活物質の平均粒子径は特に制限されないが、好ましくは0.1〜50μmである。0.1μm以上であればハンドリング性が良好であり、50μm以下であれば電極の塗布が容易である。より好ましくは0.1〜45μmであり、さらに好ましくは1〜10μmであり、特に好ましくは5μm程度である。かような範囲にあると均一で薄いと膜を形成することができるため好ましい。なお、本明細書における「粒子径」とは、粒子の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離を意味するものとする。また「平均粒子径」の値としては、特に言及のない限り、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。   The shape of the active material is not particularly limited, and may be any shape such as a fine particle shape or a thin film shape, but is preferably a fine particle shape. The average particle size of the active material is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 50 μm. If it is 0.1 μm or more, the handleability is good, and if it is 50 μm or less, the electrode can be easily applied. More preferably, it is 0.1-45 micrometers, More preferably, it is 1-10 micrometers, Most preferably, it is about 5 micrometers. If it is in such a range, a uniform and thin film is preferable because a film can be formed. In the present specification, the “particle diameter” means the maximum distance among the distances between any two points on the particle outline. In addition, as the value of “average particle diameter”, particles observed in several to several tens of fields using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) unless otherwise specified. The value calculated as the average value of the particle diameters of the particles shall be adopted.

活物質は表面にヒドロキシ基(−OH)を有することが好ましい。かような場合には、この活物質表面に存在するヒドロキシ基と後述するシランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物中に存在するヒドロキシ基との間で脱水反応が生じる。これにより、活物質とシランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物との間に強固な化学結合が形成される。なお、上述した活物質材料のうち、シリコンやシリコン酸化物は、材料の粉砕時等に表面が自然酸化するため、表面にヒドロキシ基が存在する。表面にヒドロキシ基を有していない活物質を使用する場合には、プラズマ処理等により表面にヒドロキシ基を導入すればよい。   The active material preferably has a hydroxy group (—OH) on the surface. In such a case, a dehydration reaction occurs between a hydroxy group present on the surface of the active material and a hydroxy group present in a hydrolyzate of a silane coupling agent described later or a dehydration condensate thereof. Thereby, a strong chemical bond is formed between the active material and the hydrolyzate or dehydrated condensate of the silane coupling agent. Note that among the above-described active material, silicon and silicon oxide have a hydroxy group on the surface because the surface is naturally oxidized when the material is pulverized. When an active material having no hydroxy group on the surface is used, the hydroxy group may be introduced into the surface by plasma treatment or the like.

(b)バインダーポリマー
バインダーポリマーは、活物質同士または活物質と集電体とを結着させて電極構造を維持する目的で添加される。
(B) Binder polymer The binder polymer is added for the purpose of binding the active materials or the active material and the current collector to maintain the electrode structure.

バインダーポリマーはシランカップリング剤の加水分解物または前記加水分解物の脱水縮合物と結合することができるものであれば特に制限されない。好ましくは、分子中にカルボキシル基を含むポリマーである。分子中にカルボキシル基を含むバインダーポリマーとしては、例えば、ビニル系ポリカルボン酸、ポリアミック酸などが挙げられる。かようなバインダーポリマーは、シランカップリング剤の加水分解物または前記加水分解物の脱水縮合物との間に強固な化学結合を形成することができ、強固で安定な電極構造が形成される。   The binder polymer is not particularly limited as long as it can be combined with a hydrolyzate of a silane coupling agent or a dehydration condensate of the hydrolyzate. A polymer containing a carboxyl group in the molecule is preferable. Examples of the binder polymer containing a carboxyl group in the molecule include vinyl-based polycarboxylic acid and polyamic acid. Such a binder polymer can form a strong chemical bond with the hydrolyzate of the silane coupling agent or the dehydration condensate of the hydrolyzate, and a strong and stable electrode structure is formed.

ビニル系ポリカルボン酸は、ビニル基を有するカルボン酸をモノマーとして重合させてなるポリマーを意味する。ビニル基を有するカルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などが挙げられる。ビニル系ポリカルボン酸はビニル基を有するカルボン酸から構成されるホモポリマーであってもよいし、ビニル基を有するカルボン酸と他のモノマー(コモノマー)との共重合体であってもよい。かようなコモノマーとしては、例えば、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、スチレン、エチレン、プロピレンなどが挙げられる。   The vinyl-based polycarboxylic acid means a polymer obtained by polymerizing a carboxylic acid having a vinyl group as a monomer. Examples of the carboxylic acid having a vinyl group include acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid. The vinyl-based polycarboxylic acid may be a homopolymer composed of a carboxylic acid having a vinyl group, or may be a copolymer of a carboxylic acid having a vinyl group and another monomer (comonomer). Examples of such comonomers include methyl acrylate, methyl methacrylate, styrene, ethylene, propylene, and the like.

ポリアミック酸はポリイミドの前駆体として知られており、分子中にカルボキシル(COOH)基を有しており、加熱によりこのCOOH基が分子中のアミド結合の2級アミノ基と脱水縮合してイミド化が進行する。本実施形態ではポリアミック酸を含む活物質スラリーを用いて塗膜を形成し、加熱処理を行ってポリアミック酸をイミド化することにより得られるポリイミドを用いることができる。すなわち、バインダーポリマーは、ポリイミド(PI)を含みうる。前記ポリアミック酸は、例えば、市販されているポリアミック酸を含む溶液を用いることができる。ポリイミドは融点が高く耐熱性に優れ、また、ポリイミドを用いるとより一層強固な電極構造が得られる。   Polyamic acid is known as a polyimide precursor and has a carboxyl (COOH) group in the molecule, and this COOH group dehydrates and condenses with an amide bond secondary amino group in the molecule by heating. Progresses. In this embodiment, the polyimide obtained by forming a coating film using the active material slurry containing a polyamic acid, imidizing a polyamic acid by heat-processing can be used. That is, the binder polymer can include polyimide (PI). As the polyamic acid, for example, a solution containing a commercially available polyamic acid can be used. Polyimide has a high melting point and excellent heat resistance, and when polyimide is used, an even stronger electrode structure can be obtained.

なお、従来からポリフッ化ビニリデン(PVDF)はLiの酸化還元反応にも耐えうる有用な電極のバインダー材料として知られている。しかし、PVDFは反応性の官能基を有さない不活性なポリマーであるため、他の成分と化学的な結合を形成することができず、単独のバインダーポリマーとして使用することは好ましくない。   Conventionally, polyvinylidene fluoride (PVDF) is known as a useful electrode binder material that can withstand the oxidation-reduction reaction of Li. However, since PVDF is an inert polymer having no reactive functional group, it cannot form a chemical bond with other components, and it is not preferable to use it as a single binder polymer.

バインダーポリマーの分子量は特に制限されないが、例えば、5,000〜1,000,000程度とするのがよい。   The molecular weight of the binder polymer is not particularly limited, but may be, for example, about 5,000 to 1,000,000.

活物質層におけるバインダーポリマーの含有量については、活物質同士または活物質と集電体との間の良好な結着性が確保できる限り特に制限されない。ただし、バインダーポリマーの含有量は上記結着性を確保できれば、極力少なくすることが、電池の抵抗増加抑制のために好ましい。   The content of the binder polymer in the active material layer is not particularly limited as long as good binding properties between the active materials or between the active material and the current collector can be secured. However, it is preferable to reduce the binder polymer content as much as possible as long as the above-described binding property can be secured in order to suppress an increase in resistance of the battery.

なお、これらのバインダーポリマーは単独で用いてもよいし、2種以上のバインダーポリマーを併用してもよい。また、上記バインダーポリマーに加えて他のバインダーを含んでいてもよい。かような他のバインダーとしては、以下に制限されることはないが、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)、ポリ酢酸ビニル、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)およびポリアクリロニトリル(PAN)などの熱可塑性樹脂;エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、およびユリア樹脂などの熱硬化性樹脂;ならびにスチレンブタジエンゴム(SBR)などのゴム系材料が挙げられる。   In addition, these binder polymers may be used independently and may use 2 or more types of binder polymers together. In addition to the binder polymer, other binders may be included. Such other binders include, but are not limited to, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl acetate, polyimide (PI), polyamide (PA), polychlorinated Thermoplastic resins such as vinyl (PVC), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyether nitrile (PEN), polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polyacrylonitrile (PAN); epoxy resins; Examples thereof include thermosetting resins such as polyurethane resins and urea resins; and rubber-based materials such as styrene butadiene rubber (SBR).

(c)シランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物(結合部位)
本実施形態においては、バインダーポリマーはシランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物を介して活物質と化学的結合により結合されている。すなわち、シランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物は、活物質の表面およびバインダーポリマーと少なくとも1つの化学的結合により結合しており、結合部位を構成する。
(C) Hydrolyzate of silane coupling agent or dehydrated condensate thereof (binding site)
In the present embodiment, the binder polymer is bonded to the active material through a chemical bond via a hydrolyzate of a silane coupling agent or a dehydration condensate thereof. That is, the hydrolyzate of the silane coupling agent or the dehydrated condensate thereof is bonded to the surface of the active material and the binder polymer by at least one chemical bond, and constitutes a bonding site.

上記シランカップリング剤は下記式(1)で表されることが好ましい。   The silane coupling agent is preferably represented by the following formula (1).

上記シランカップリング剤は加水分解されることにより、加水分解性基YがOH基に変換され、下記式(2)で表されるシラノール(加水分解物)となる。   When the silane coupling agent is hydrolyzed, the hydrolyzable group Y is converted into an OH group, and becomes a silanol (hydrolyzate) represented by the following formula (2).

シラノール中のヒドロキシ基(−OH)は他のシラノール中のヒドロキシ基との間で脱水縮合することにより、シロキサン結合(−Si−O−Si−)を形成する。すなわち、本実施形態において、活物質とバインダーポリマーとは少なくとも1つのシロキサン結合を介して結合しているともいえる。かようなシラノールの脱水縮合物の平均構造は下記式(3)で表される。   A hydroxy group (—OH) in silanol forms a siloxane bond (—Si—O—Si—) by dehydration condensation with a hydroxy group in another silanol. That is, in this embodiment, it can be said that the active material and the binder polymer are bonded via at least one siloxane bond. The average structure of such a silanol dehydration condensate is represented by the following formula (3).

このシラノール(加水分解物)またはシラノールの脱水縮合物中のヒドロキシ基と活物質表面に存在するヒドロキシ基とが脱水反応することにより、活物質とシランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物との間に強固な化学結合が形成される。これにより、活物質の表面はシランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物により被覆される。   A hydrolyzate of an active material and a silane coupling agent or a dehydration condensate thereof by a dehydration reaction between a hydroxy group in the silanol (hydrolyzate) or dehydration condensate of silanol and a hydroxy group present on the surface of the active material. A strong chemical bond is formed between the two. Thereby, the surface of the active material is covered with a hydrolyzate of the silane coupling agent or a dehydrated condensate thereof.

また、有機基Ra中のアミノ基またはエポキシ基とバインダーポリマー中のカルボキシル基とが反応することにより、バインダーポリマーとシランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物との間に強固で安定な化学結合が形成される。具体的には、アミノ基とカルボキシル基との反応によりアミド結合(−NHC(=O)−)が形成され、エポキシ基とカルボキシル基との反応によりエポキシ開環エステル結合(−CH(OH)CHOC(=O)−)が形成される。 In addition, the amino group or epoxy group in the organic group Ra reacts with the carboxyl group in the binder polymer, so that it is strong and stable between the binder polymer and the hydrolyzate of the silane coupling agent or the dehydrated condensate thereof. A chemical bond is formed. Specifically, an amide bond (—NHC (═O) —) is formed by a reaction between an amino group and a carboxyl group, and an epoxy ring-opening ester bond (—CH (OH) CH) is formed by a reaction between an epoxy group and a carboxyl group. 2 OC (= O)-) is formed.

したがって、本発明の一実施形態における活物質とバインダーポリマーとの結合形態は図4Aおよび図4Bのようになる。図4Aおよび図4Bは本実施形態における活物質とバインダーポリマーとの結合形態を示す模式図である。具体的には、図4Aは、シランカップリング剤がRa中にアミノ基を有する場合の模式図であり、図4Bは、シランカップリング剤がRa中にエポキシ基を有する場合の模式図である。これらの図では、活物質とシランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物との結合(−O−)およびバインダーポリマーとシランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物との結合以外のシロキサン結合部位は省略されており、「〜」として示されている。   Therefore, the binding form of the active material and the binder polymer in one embodiment of the present invention is as shown in FIGS. 4A and 4B. FIG. 4A and FIG. 4B are schematic views showing a binding form of the active material and the binder polymer in the present embodiment. Specifically, FIG. 4A is a schematic diagram when the silane coupling agent has an amino group in Ra, and FIG. 4B is a schematic diagram when the silane coupling agent has an epoxy group in Ra. . In these figures, the bond between the active material and the hydrolyzate of the silane coupling agent or its dehydration condensate (-O-) and the bond between the binder polymer and the hydrolyzate of the silane coupling agent or its dehydration condensate are not shown. The siloxane bond sites of are omitted and are shown as “˜”.

シランカップリング剤中の有機基Ra中に含まれうるアミノ基としては、第1級アミノ基(−NH)であってもよいし、第2級アミノ基(−NHR)であってもよいが、好ましくは第1級アミノ基である。また、第2級アミノ基(−NHR)のRは、脂肪族炭化水素基であってもよいし、芳香族炭化水素基であってもよいが、好ましくは脂肪族炭化水素基である。なお、第3級アミノ基や第4級アンモニウムはバインダーポリマー中のカルボキシル基と反応することができないため好ましくない。 The amino group that may be contained in the organic group Ra in the silane coupling agent may be a primary amino group (—NH 2 ) or a secondary amino group (—NHR). Is preferably a primary amino group. Further, R in the secondary amino group (—NHR) may be an aliphatic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group, but is preferably an aliphatic hydrocarbon group. A tertiary amino group or quaternary ammonium is not preferable because it cannot react with a carboxyl group in the binder polymer.

脂肪族炭化水素基を有する第2級アミノ基(−NHR)の例としては、Rとして、メチル基、エチル基、ビニル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、iso−アミル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、n−へキシル基、3−メチルペンタン−2−イル基、3−メチルペンタン−3−イル基、4−メチルペンチル基、4−メチルペンタン−2−イル基、1,3−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブタン−2−イル基等の炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基などを有するものが挙げられる。脂肪族アミノ基の具体例としては、N,N−ジメチルアミノ基、N,N−ジエチルアミノ基、N,N−ジイソプロピルアミノ基、N−メチルアミノ基、N−エチルアミノ基、N−プロピルアミノ基等が挙げられる。 Examples of the secondary amino group having an aliphatic hydrocarbon group (—NHR 2 ) include, as R 2 , a methyl group, an ethyl group, a vinyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, and an isobutyl group. , Sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, iso-amyl group, tert-pentyl group, neopentyl group, n-hexyl group, 3-methylpentan-2-yl group, 3-methylpentane- Such as 3-yl group, 4-methylpentyl group, 4-methylpentan-2-yl group, 1,3-dimethylbutyl group, 3,3-dimethylbutyl group, 3,3-dimethylbutan-2-yl group, etc. What has a C1-C6 aliphatic hydrocarbon group etc. are mentioned. Specific examples of the aliphatic amino group include N, N-dimethylamino group, N, N-diethylamino group, N, N-diisopropylamino group, N-methylamino group, N-ethylamino group, and N-propylamino group. Etc.

芳香族炭化水素基を有する第2級アミノ基(−NHR)の例としては、Rとして、フェニル基、ベンジル基、トリル基、メトキシフェニル基、シアノフェニル基、クロロフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基などの芳香族炭化水素基を有するものが挙げられる。 Examples of secondary amino groups having an aromatic hydrocarbon group (—NHR 3 ) include R 3 as phenyl group, benzyl group, tolyl group, methoxyphenyl group, cyanophenyl group, chlorophenyl group, biphenyl group, naphthyl. And those having an aromatic hydrocarbon group such as a group.

なお、これらのRまたはR中の水素原子の一部または全部はハロゲン原子、シアノ基などの置換基で置換されていてもよい。 In addition, some or all of the hydrogen atoms in these R 2 or R 3 may be substituted with a substituent such as a halogen atom or a cyano group.

Raがアミノ基を含む場合、Raはアミノ基のみで構成されていてもよいし、アミノ基に加えて他の構造を有していてもよい。Raに含まれうるアミノ基以外の部分の構造については特に制限されない。好ましくは、アミノ基以外の部分が炭素数1〜20の直鎖式または脂環式炭化水素鎖で構成される。より好ましくは、アミノ基以外の部分は炭素数1〜20の直鎖式炭化水素鎖である。   When Ra contains an amino group, Ra may be composed only of an amino group or may have another structure in addition to the amino group. The structure of the portion other than the amino group that can be contained in Ra is not particularly limited. Preferably, the portion other than the amino group is composed of a linear or alicyclic hydrocarbon chain having 1 to 20 carbon atoms. More preferably, the portion other than the amino group is a linear hydrocarbon chain having 1 to 20 carbon atoms.

Raがエポキシ基を含む場合、Raはエポキシ基のみで構成されていてもよいし、エポキシ基に加えて他の構造を有していてもよい。Raに含まれうるエポキシ基以外の部分の構造についても特に制限されない。好ましくは、エポキシ基以外の部分が炭素数1〜20の直鎖式または脂環式炭化水素鎖で構成されている。より好ましくは、エポキシ基以外の部分は炭素数1〜20の脂環式炭化水素鎖である。   When Ra contains an epoxy group, Ra may be composed of only an epoxy group, or may have another structure in addition to the epoxy group. There are no particular restrictions on the structure of the portion other than the epoxy group that can be contained in Ra. Preferably, the portion other than the epoxy group is composed of a linear or alicyclic hydrocarbon chain having 1 to 20 carbon atoms. More preferably, the portion other than the epoxy group is an alicyclic hydrocarbon chain having 1 to 20 carbon atoms.

Yは任意の加水分解基でありうる。例えば、メトキシ基(−OCH)、エトキシ基(−OCHCH)などのアルコキシ基;ジメチルアミノ基(−N(CH)などの第3級アミノ基;−Clなどのハロゲン元素;−ON=C(CH)CHCHなどのオキシミノ基;−ON(CHなどのアミノオキシ基;アセチルオキシ基(−OCOCH)などのカルボキシ基;イソプロペニルオキシ基(−OC(CH)=CH)などのアルケニルオキシ基;−CHCOOCH、−CH(CH)COOCHなどが挙げられる。好ましくはメトキシ基、エトキシ基、イソプロペニルオキシ基であり、より好ましくはメトキシ基、エトキシ基である。なお、シランカップリング剤中に含まれるYはすべて同一の基であってもよいし異なる基であってもよい。 Y can be any hydrolyzable group. For example, alkoxy groups such as methoxy group (—OCH 3 ) and ethoxy group (—OCH 2 CH 3 ); tertiary amino groups such as dimethylamino group (—N (CH 3 ) 2 ); halogen elements such as —Cl An oxymino group such as —ON═C (CH 2 ) CH 2 CH 3 ; an aminooxy group such as —ON (CH 3 ) 2 ; a carboxy group such as an acetyloxy group (—OCOCH 3 ); an isopropenyloxy group (— Alkenyloxy groups such as OC (CH 3 ) ═CH 2 ); —CH 2 COOCH 3 , —CH (CH 3 ) COOCH 3 and the like. Preferably they are a methoxy group, an ethoxy group, and an isopropenyloxy group, More preferably, they are a methoxy group and an ethoxy group. In addition, all Y contained in the silane coupling agent may be the same group or different groups.

R’は任意の非加水分解性炭化水素基でありうる。具体的には、上記のRa中に含まれうる第二級アミノ基のRまたはRとして例示された炭化水素基等が挙げられる。コストの面から好ましくはフェニル基、ビニル基、エチル基、メチル基からなる群から選択される少なくとも1種であり、反応性の面からより好ましくはメチル基である。 R ′ can be any non-hydrolyzable hydrocarbon group. Specific examples include hydrocarbon groups exemplified as R 2 or R 3 of the secondary amino group that can be contained in the Ra. From the viewpoint of cost, it is preferably at least one selected from the group consisting of a phenyl group, a vinyl group, an ethyl group, and a methyl group, and more preferably a methyl group from the viewpoint of reactivity.

このようなシランカップリング剤の具体例としては、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、4−アミノブチルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、11−アミノウンデシルトリエトキシシラン、3−(m−アミノフェノキシ)プロピルトリメトキシシラン、4−アミノ−3,3−ジメチルブチルトリメトキシシラン、N−エチルアミノイソブチルトリメトキシシランなどのアミノ基含有シランカップリング剤;(3−グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン、(3−グリシドキシプロピル)トリエトキシシラン、(3−グリシドキシプロピル)メチルジメトキシシラン、(3−グリシドキシプロピル)メチルジエトキシシラン、5,6−エポキシヘキシルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシランなどのエポキシ基含有シランカップリング剤が挙げられる。   Specific examples of such silane coupling agents include 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 4-aminobutyltriethoxysilane, and N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyl. Trimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-aminopropylmethyldiethoxysilane, 11-aminoundecyltriethoxysilane, 3- ( amino group-containing silane coupling agents such as m-aminophenoxy) propyltrimethoxysilane, 4-amino-3,3-dimethylbutyltrimethoxysilane, N-ethylaminoisobutyltrimethoxysilane; (3-glycidoxypropyl) Trimethoxysilane, (3-glycol Doxypropyl) triethoxysilane, (3-glycidoxypropyl) methyldimethoxysilane, (3-glycidoxypropyl) methyldiethoxysilane, 5,6-epoxyhexyltriethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) And epoxy group-containing silane coupling agents such as ethyltrimethoxysilane and 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane.

活物質層におけるシランカップリング剤の含有量は活物質とバインダーポリマーとが十分に結合される量であれば特に限定されない。シランカップリング剤の含有量は、活物質100重量部に対して、好ましくは0.01〜15重量部であり、より好ましくは0.05〜10重量部である。0.01重量部以上であればシランカップリング剤の添加効果が得られる。また、15重量部以下であればコスト面にも優れることに加え、過剰なシランカップリング剤の存在による活物質粒子の凝集粒形成を防止できるため、均一な電極塗工が可能となる。さらに、0.05〜10重量部の範囲にある場合には、これらの効果がより一層発揮されるため好ましい。   The content of the silane coupling agent in the active material layer is not particularly limited as long as the active material and the binder polymer are sufficiently bonded. The content of the silane coupling agent is preferably 0.01 to 15 parts by weight, more preferably 0.05 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the active material. If it is 0.01 weight part or more, the addition effect of a silane coupling agent will be acquired. Moreover, if it is 15 parts by weight or less, in addition to being excellent in cost, it is possible to prevent the formation of aggregated particles of active material particles due to the presence of an excessive silane coupling agent, so that uniform electrode coating is possible. Furthermore, when it exists in the range of 0.05-10 weight part, since these effects are exhibited further, it is preferable.

また、活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の添加量は、好ましくは0.2〜400分子/nmであり、より好ましくは1〜80分子/nmである。0.2分子/nm以上であれば、シランカップリング剤の添加効果が得られる。また、400分子/nm以下であれば、コスト的にも有利であり、かつ、過剰なシランカップリング剤の存在による活物質粒子の凝集粒形成を防止できるため、均一な電極塗工が可能となる。さらに、1〜80分子/nmであれば、シランカップリング剤の添加効果を十分に発揮することができるとともに、コスト面および均一な電極塗工の面でも有利である。ここで、「活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の添加量」とは、活物質の表面積をBET比表面積から算出した場合の、活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の量を意味する。例えば、0.2分子/nmとは、BET比表面積200m/gの微細粒の活物質に対し、1.2重量部のアミノプロピルトリエトキシシラン(分子量=179.3)を添加する場合や、BET比表面積10m/gの比較的粗粒の活物質に対し、0.06重量部のアミノプロピルトリエトキシシランを添加する場合を意味する。また、400分子/nmとは、BET比表面積0.2m/gの粗粒の活物質に対し、2.4重量部のアミノプロピルトリエトキシシランを添加する場合や、BET比表面積0.45m/gの粗粒の活物質に対し10重量部のアミノウンデシルトリエトキシシラン(分子量=333.6)を添加する場合を意味する。活物質の粒子径に応じて、活物質表面の被覆に必要なシランカップリング剤の添加量は異なるが、活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の添加量(分子数)を制御することで、活物質の粒子径によらず、必要量のシランカップリング剤を添加できる。 Moreover, the addition amount of the silane coupling agent molecule per unit surface area of the active material is preferably 0.2 to 400 molecule / nm 2 , more preferably 1 to 80 molecule / nm 2 . If it is 0.2 molecule / nm 2 or more, the effect of adding a silane coupling agent is obtained. In addition, if it is 400 molecules / nm 2 or less, it is advantageous in terms of cost and can prevent the formation of aggregated particles of active material particles due to the presence of an excessive silane coupling agent, so that uniform electrode coating is possible. It becomes. Furthermore, if it is 1-80 molecule / nm < 2 >, while being able to fully exhibit the addition effect of a silane coupling agent, it is advantageous also in terms of cost and uniform electrode coating. Here, “addition amount of silane coupling agent molecule per unit surface area of active material” means the amount of silane coupling agent molecule per unit surface area of active material when the surface area of active material is calculated from the BET specific surface area. Means quantity. For example, 0.2 molecule / nm 2 means that 1.2 parts by weight of aminopropyltriethoxysilane (molecular weight = 179.3) is added to a fine-grained active material having a BET specific surface area of 200 m 2 / g. It also means that 0.06 parts by weight of aminopropyltriethoxysilane is added to a relatively coarse active material having a BET specific surface area of 10 m 2 / g. Further, 400 molecules / nm 2 means that 2.4 parts by weight of aminopropyltriethoxysilane is added to a coarse active material having a BET specific surface area of 0.2 m 2 / g, or a BET specific surface area of 0. It means a case where 10 parts by weight of aminoundecyltriethoxysilane (molecular weight = 333.6) is added to a coarse active material of 45 m 2 / g. Depending on the particle size of the active material, the amount of silane coupling agent required for coating the surface of the active material varies, but the amount of silane coupling agent molecules (number of molecules) per unit surface area of the active material is controlled. Thus, a necessary amount of the silane coupling agent can be added regardless of the particle diameter of the active material.

(d)導電剤
導電剤とは、導電性を向上させるために配合される添加物をいう。本発明に用いられうる導電剤は特に制限されず、従来公知のものを利用することができる。例えば、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの導電性炭素材料;チタン酸カリウム、炭化チタン、二酸化チタン、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、二酸化錫、および酸化インジウムなどの導電性セラミック;および金属粉末などが挙げられる。好ましくは導電性炭素材料である。導電剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。これらの導電剤は1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(D) Conductive agent A conductive agent means the additive mix | blended in order to improve electroconductivity. The conductive agent that can be used in the present invention is not particularly limited, and conventionally known ones can be used. For example, conductive carbon materials such as carbon black such as acetylene black, graphite, and carbon fiber; conductive ceramics such as potassium titanate, titanium carbide, titanium dioxide, silicon carbide, zinc oxide, magnesium oxide, tin dioxide, and indium oxide And metal powders. A conductive carbon material is preferable. When the conductive agent is included, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery. These electrically conductive agents may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

(e)電解質
電解質は、リチウムイオンのキャリアーとしての機能を有する。電解質としてはかような機能を発揮できるものであれば特に限定されないが、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。
(E) Electrolyte The electrolyte has a function as a lithium ion carrier. The electrolyte is not particularly limited as long as it can exhibit such a function, but a liquid electrolyte or a polymer electrolyte may be used.

液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等のカーボネート類が例示される。また、支持塩(リチウム塩)としては、Li(CFSON、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiAsF、LiTaF、LiClO、LiCFSO等の電極の合剤層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。 The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent that can be used as the plasticizer include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate (DEC). As the supporting salt (lithium salt), Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiClO 4, LiCF 3 Compounds that can be added to the electrode mixture layer, such as SO 3, can be employed as well.

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲルポリマー電解質(ゲル電解質)と、電解液を含まない真性ポリマー電解質に分類される。   On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel polymer electrolyte containing an electrolytic solution (gel electrolyte) and an intrinsic polymer electrolyte containing no electrolytic solution.

ゲルポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー(ホストポリマー)に、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導性を遮断することが容易になる点で優れている。マトリックスポリマー(ホストポリマー)として用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、特に限定されない。例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(PVDF−HFP)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)およびこれらの共重合体等が挙げられる。ここで、上記のイオン伝導性ポリマーは、正極合剤層および負極合剤層において電解質として用いられるイオン伝導性ポリマーと同じであってもよく、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。電解液(電解質塩および可塑剤)の種類は特に制限されず、上記で例示したリチウム塩などの電解質塩およびカーボネート類などの可塑剤が用いられうる。   The gel polymer electrolyte has a configuration in which the liquid electrolyte is injected into a matrix polymer (host polymer) made of an ion conductive polymer. Using a gel polymer electrolyte as the electrolyte is superior in that the fluidity of the electrolyte is lost and it is easy to block the ion conductivity between the layers. The ion conductive polymer used as the matrix polymer (host polymer) is not particularly limited. For example, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyvinylidene fluoride (PVDF), a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVDF-HFP), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), Examples thereof include polymethyl methacrylate (PMMA) and copolymers thereof. Here, the ion conductive polymer may be the same as or different from the ion conductive polymer used as the electrolyte in the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer, but is preferably the same. . The type of the electrolytic solution (electrolyte salt and plasticizer) is not particularly limited, and an electrolyte salt such as the lithium salt exemplified above and a plasticizer such as carbonates may be used.

真性ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩(リチウム塩)が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。従って、電解質として真性ポリマー電解質を用いることで電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。   The intrinsic polymer electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the matrix polymer, and does not include an organic solvent that is a plasticizer. Therefore, by using an intrinsic polymer electrolyte as the electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the battery reliability can be improved.

ゲルポリマー電解質や真性ポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。   The matrix polymer of gel polymer electrolyte or intrinsic polymer electrolyte can express excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed.

これらの電解質は1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   These electrolytes may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

活物質層中に含まれる(d)導電剤や(e)電解質成分の配合比は特に限定されず、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより調整されうる。また、活物質層の厚さについても特に制限はなく、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、活物質層の厚さは、2〜200μm程度である。   The compounding ratio of (d) conductive agent and (e) electrolyte component contained in the active material layer is not particularly limited, and can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the thickness of an active material layer, The conventionally well-known knowledge about a lithium ion secondary battery can be referred suitably. For example, the thickness of the active material layer is about 2 to 200 μm.

(電極組成物)
本発明の他の一形態によれば、リチウムイオン二次電池用電極組成物が提供される。該電極組成物は、活物質と;カルボキシル基を含むバインダーポリマーと;下記式(1)で表されるシランカップリング剤と;を含む。
(Electrode composition)
According to another embodiment of the present invention, an electrode composition for a lithium ion secondary battery is provided. The electrode composition includes an active material; a binder polymer containing a carboxyl group; and a silane coupling agent represented by the following formula (1).

本発明の一実施形態によれば、集電体と、上記の電極組成物を用いて製造される活物質層とを有する電極が得られる。本実施形態の電極組成物を用いることにより、活物質とバインダーポリマーとがシランカップリング剤の加水分解物または前記加水分解物の脱水縮合物を介して結合した構造を有する活物質層が得られうる。したがって、本実施形態の電極組成物を用いて製造された電極は、電極構造が強固で安定なものとなり、サイクル特性に優れる。   According to one embodiment of the present invention, an electrode having a current collector and an active material layer produced using the above electrode composition is obtained. By using the electrode composition of this embodiment, an active material layer having a structure in which an active material and a binder polymer are bonded via a hydrolyzate of a silane coupling agent or a dehydration condensate of the hydrolyzate is obtained. sell. Therefore, the electrode manufactured using the electrode composition of the present embodiment has a strong and stable electrode structure and excellent cycle characteristics.

活物質、カルボキシル基を含むバインダーポリマー、および式(1)で表されるシランカップリング剤としては上記の(a)活物質、(b)バインダーポリマー、(c)シランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物の項で説明したものを同様に使用できる。活物質、カルボキシル基を含むバインダーポリマー、および式(1)で表されるシランカップリング剤の具体的な形態については、上記の項で説明しため、詳細な説明については省略する。   The active material, the binder polymer containing a carboxyl group, and the silane coupling agent represented by the formula (1) include (a) the active material, (b) the binder polymer, and (c) the hydrolyzate of the silane coupling agent. Or what was demonstrated in the term of the dehydration condensate can be used similarly. The specific form of the active material, the binder polymer containing a carboxyl group, and the silane coupling agent represented by the formula (1) will be described in the above section, and detailed description thereof will be omitted.

(電極積層体の製造方法)
本発明のさらに他の一形態によれば、リチウム二次電池用電極積層体の製造方法が提供される。本形態の製造方法は下記(1)〜(4)の工程を有する。
(1)活物質の表面をシランカップリング剤で表面処理する工程(表面処理工程)
(2)前記工程で得た活物質とバインダーポリマーとを混合して電極組成物を製造する工程(電極組成物の製造工程)
(3)前記電極組成物を基材の表面に塗布する工程(塗布工程)
(4)前記電極組成物を熱処理する工程(熱処理工程)。
(Method for producing electrode laminate)
According to still another aspect of the present invention, a method for producing an electrode laminate for a lithium secondary battery is provided. The manufacturing method of this embodiment has the following steps (1) to (4).
(1) Step of surface treatment of active material surface with silane coupling agent (surface treatment step)
(2) The process of manufacturing an electrode composition by mixing the active material and binder polymer obtained at the said process (manufacturing process of an electrode composition)
(3) The process of apply | coating the said electrode composition to the surface of a base material (application | coating process)
(4) A step of heat-treating the electrode composition (heat treatment step).

本形態によれば、簡便な方法で、活物質とバインダーポリマーとがシランカップリング剤により強固に結合された活物質層を有する電極が得られる。これにより、活物質が膨張収縮などにより割れを生じて微細化した場合であっても、微細化した活物質がバインダーポリマーにより結着されているため、充放電効率およびサイクル特性に優れた電極が得られる。以下、上記工程(1)〜(4)によるリチウム二次電池用電極積層体の製造方法について、工程ごとに説明する。   According to this embodiment, an electrode having an active material layer in which an active material and a binder polymer are firmly bonded by a silane coupling agent can be obtained by a simple method. As a result, even when the active material is cracked due to expansion and contraction, etc., the electrode is excellent in charge and discharge efficiency and cycle characteristics because the refined active material is bound by the binder polymer. can get. Hereinafter, the manufacturing method of the electrode laminated body for lithium secondary batteries by the said process (1)-(4) is demonstrated for every process.

(1)表面処理工程
まず、活物質の表面をシランカップリング剤で表面処理する。予め活物質の表面をシランカップリング剤で処理することにより、活物質の表面に均一に所望の密度でシランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物を結合させることができる。
(1) Surface treatment process First, the surface of an active material is surface-treated with a silane coupling agent. By treating the surface of the active material with a silane coupling agent in advance, the hydrolyzate of the silane coupling agent or a dehydration condensate thereof can be uniformly bonded to the surface of the active material at a desired density.

シランカップリング剤による表面処理の方法は特に制限されず、乾式法や湿式法などの公知のシランカップリング処理方法を採用することができる。例えば、活物質のスラリーにシランカップリング剤またはその溶液を混合し、活物質表面にシランカップリング剤を付着・反応させる方法(湿式法)がある。湿式法は、活物質表面への均一な処理が可能であるという利点がある。また、活物質を攪拌しながら、シランカップリング剤またはその溶液を噴霧し、シランカップリング剤を活物質表面に付着・反応させる方法(乾式法)がある。乾式法は、湿式法に比べて処理の均一性には劣るが、大量の活物質を短時間に処理できるため、大規模生産において有利である。   The surface treatment method using a silane coupling agent is not particularly limited, and a known silane coupling treatment method such as a dry method or a wet method can be employed. For example, there is a method (wet method) in which a silane coupling agent or a solution thereof is mixed with a slurry of an active material, and the silane coupling agent is attached to and reacted with the surface of the active material. The wet method has an advantage that a uniform treatment on the surface of the active material is possible. Further, there is a method (dry method) in which a silane coupling agent or a solution thereof is sprayed while the active material is stirred, and the silane coupling agent is adhered to and reacted with the active material surface. The dry method is inferior in processing uniformity as compared with the wet method, but is advantageous in large-scale production because a large amount of active material can be processed in a short time.

活物質やシランカップリング剤の溶液またはスラリーを調製するための溶媒としては、例えば、ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)などのエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン(MEK)などのケトン類;メタノール、エタノール、2−プロパノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類;N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、、水等を使用することができる。中でも、水を使用する場合には、活物質とシランカップリング剤の加水分解物・脱水縮合物との結合が強固となるため充放電効率およびサイクル特性により一層優れた電極が得られる。これらの溶媒は1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Examples of the solvent for preparing a solution or slurry of an active material or a silane coupling agent include ethers such as dioxane and tetrahydrofuran (THF); ketones such as acetone and methyl ethyl ketone (MEK); methanol, ethanol, 2- Alcohols such as propanol and isopropyl alcohol; N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), water and the like can be used. In particular, when water is used, since the bond between the active material and the hydrolyzate / dehydrated condensate of the silane coupling agent is strengthened, an electrode that is more excellent in charge / discharge efficiency and cycle characteristics can be obtained. These solvent may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

シランカップリング剤と活物質とを十分に反応させるため、シランカップリング剤の添加後、好ましくは活物質とシランカップリング剤との混合物を所定の時間攪拌することが好ましい。   In order to sufficiently react the silane coupling agent and the active material, it is preferable to stir the mixture of the active material and the silane coupling agent for a predetermined time after the addition of the silane coupling agent.

使用しうる攪拌装置としては、V型ブレンダー、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、リボンブレンダー、タンブラーブレンダー、ニーダー等が挙げられる。攪拌時間は特に制限されないが、2〜24時間程度である。   Examples of the stirring device that can be used include a V-type blender, a Henschel mixer, a super mixer, a ribbon blender, a tumbler blender, and a kneader. The stirring time is not particularly limited, but is about 2 to 24 hours.

その後、ロータリーエバポレーター等を用いて、活物質とシランカップリング剤との混合物内の溶媒を揮発させることが好ましい。これにより、シランカップリング剤で表面処理された活物質が得られる。   Thereafter, the solvent in the mixture of the active material and the silane coupling agent is preferably volatilized using a rotary evaporator or the like. Thereby, the active material surface-treated with the silane coupling agent is obtained.

(2)電極組成物の製造工程
続いて、上記工程で得た表面処理された活物質とバインダーポリマーおよび必要に応じて導電剤および電解質などを含むその他の電極材料とを混合して電極組成物を製造する。表面処理された活物質とバインダーポリマーとを混合する方法は特に制限されない。好ましくは、上記で得た活物質およびバインダーポリマーならびに必要に応じて導電剤および電解質などを含む電極材料をスラリー粘度調整溶媒に分散して、スラリー化する。これにより、電極組成物が得られる。
(2) Manufacturing process of electrode composition Subsequently, the surface-treated active material obtained in the above process is mixed with a binder polymer and, if necessary, other electrode materials including a conductive agent and an electrolyte, to thereby prepare an electrode composition. Manufacturing. The method for mixing the surface-treated active material and the binder polymer is not particularly limited. Preferably, the active material and the binder polymer obtained above and, if necessary, the electrode material containing a conductive agent and an electrolyte are dispersed in a slurry viscosity adjusting solvent to form a slurry. Thereby, an electrode composition is obtained.

スラリー粘度調整溶媒としては、特に制限されることはないが、例えば、N−メチル−2−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、メチルホルムアミドなどが挙げられる。スラリーはホモジナイザーまたは混練装置などを用いて溶媒および固形分よりインク化される。   The slurry viscosity adjusting solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, and methylformamide. The slurry is converted into ink from the solvent and the solid content using a homogenizer or a kneader.

本実施形態では、活物質とシランカップリング剤とを予め反応させた後に、バインダーポリマー等の電極材料を添加することにより電極組成物を製造しているが、本発明はかような形態に制限されるわけではない。活物質、シランカップリング剤、およびバインダーポリマーならびに必要に応じて導電剤および電解質をすべて同時に混合・分散してもよいし、原料成分の種類毎に段階的に混合・分散するようにしてもよい。   In the present embodiment, the active material and the silane coupling agent are reacted in advance, and then an electrode composition is manufactured by adding an electrode material such as a binder polymer. However, the present invention is limited to such a form. It is not done. The active material, the silane coupling agent, and the binder polymer, and if necessary, the conductive agent and the electrolyte may be mixed and dispersed all at the same time, or may be mixed and dispersed in stages for each type of raw material component. .

(3)塗布工程
次いで、上記工程で得た電極組成物を基材の表面に塗布し、塗膜を形成する。電極組成物を基材に塗布するための塗布手段は特に限定されないが、例えば、自走型コーター、ドクターブレード法、スプレー法、インクジェット法などの一般に用いられる手段が採用されうる。
(3) Application | coating process Then, the electrode composition obtained at the said process is apply | coated to the surface of a base material, and a coating film is formed. The application means for applying the electrode composition to the substrate is not particularly limited. For example, commonly used means such as a self-propelled coater, a doctor blade method, a spray method, and an ink jet method can be adopted.

基材の材料としては特に制限されない。好ましくは、基材として集電体やセパレータを使用する。基材として集電体を用いた場合には、集電体上に電極組成物からなる塗膜が形成される。そして、続く熱処理工程により電極組成物からなる塗膜が活物質層となり、集電体の表面に活物質層が形成された電極が得られる。一方、基材の材料として、セパレータを用いた場合には、続く熱処理工程によりセパレータ表面に活物質層が形成された積層体を得ることができる。かような場合には、セパレータと活物質層とからなる積層体をそのまま電池の製造に使用することができるため好ましい。   The material for the substrate is not particularly limited. Preferably, a current collector or a separator is used as the substrate. When a current collector is used as the substrate, a coating film made of an electrode composition is formed on the current collector. And the coating film which consists of an electrode composition turns into an active material layer by the subsequent heat processing process, and the electrode by which the active material layer was formed in the surface of an electrical power collector is obtained. On the other hand, when a separator is used as the base material, a laminate in which an active material layer is formed on the separator surface by a subsequent heat treatment step can be obtained. In such a case, a laminate composed of a separator and an active material layer can be used as it is for the production of a battery, which is preferable.

ただし、集電体やセパレータ以外の材料を基材として使用してももちろんよい。例えば、テフロンシートのような樹脂シートを基材として使用し、樹脂シート上に電極組成物を塗布してもよい。そして、続く熱処理工程において樹脂シートと活物質層とからなる積層体を得た後に、樹脂シートを活物質層から剥離させることにより、本発明の実施形態に係る活物質層を得ることができる。   Of course, materials other than the current collector and the separator may be used as the base material. For example, a resin sheet such as a Teflon sheet may be used as a substrate, and the electrode composition may be applied on the resin sheet. And after obtaining the laminated body which consists of a resin sheet and an active material layer in the subsequent heat processing process, the active material layer which concerns on embodiment of this invention can be obtained by making a resin sheet peel from an active material layer.

好ましくは、塗布後、電極組成物内の溶媒を揮発させることが好ましい。これにより、基材の表面に電極組成物からなる塗膜が形成される。   Preferably, the solvent in the electrode composition is volatilized after application. Thereby, the coating film which consists of an electrode composition is formed in the surface of a base material.

(4)熱処理工程
続いて、基材の表面に形成された電極組成物を熱処理する。これにより、バインダーポリマーとシランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物とが反応し、活物質とバインダーポリマーとがシランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物を介して強固な化学結合により結合される。このような活物質−結合部位−バインダーポリマーの一体構造においては、活物質層全体に分散した活物質がシランカップリング剤を用いてバインダーポリマーと化学結合されていることにより活物質層の寸法安定性が向上する(ポリマーコンポジット効果)。このポリマーコンポジット効果により、電極組成物を塗布して熱処理した際の膨張収縮が低減され、電極製造時の設計精度を向上させることができる。
(4) Heat treatment step Subsequently, the electrode composition formed on the surface of the substrate is heat treated. As a result, the binder polymer and the hydrolyzate of the silane coupling agent or the dehydration condensate thereof react, and the active material and the binder polymer react with the strong chemical via the hydrolyzate of the silane coupling agent or the dehydration condensate thereof. Joined by joining. In such an active material-bonding site-binder polymer integrated structure, the active material dispersed throughout the active material layer is chemically bonded to the binder polymer using a silane coupling agent, so that the active material layer is dimensionally stabilized. Improves (polymer composite effect). By this polymer composite effect, the expansion and contraction when the electrode composition is applied and heat-treated is reduced, and the design accuracy at the time of manufacturing the electrode can be improved.

また、バインダーポリマーとしてポリアミック酸が使用される場合には、当該熱処理工程により、ポリアミック酸がイミド化される。さらに、かかる熱処理により塗膜中に残存する溶媒も除去されうる。   When polyamic acid is used as the binder polymer, the polyamic acid is imidized by the heat treatment step. Furthermore, the solvent remaining in the coating film can also be removed by the heat treatment.

熱処理の温度はバインダーポリマーやシランカップリング剤の種類によっても異なるが、150℃以上であることが好ましい。150℃以上であれば、上記のバインダーポリマーとシランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物との反応やイミド化反応が進行する。熱処理温度の上限値は電極組成物の構成成分の熱分解が防止できる温度であれば特に制限されない。具体的には、アミノ基を含有するシランカップリング材を使用する場合には300℃以下であることが好ましく、エポキシ基を含有するシランカップリング剤を使用する場合には250℃以下であることが好ましい。また、熱処理温度がバインダーポリマーの融点を越える場合にはバインダーポリマーが融けて分子構造が変化してしまうため好ましくない。このため、バインダーポリマーの融点以下の温度で熱処理することがこの好ましい。例えば、バインダーポリマーとしてビニル系ポリカルボン酸を使用する場合には250℃以下であることが好ましく、ポリアミック酸を使用する場合には400℃以下であることが好ましい。なお、ポリアミック酸のイミド化反応は高温であるほどイミド化が進行するため、熱処理の温度や時間を調整することで、イミド化の程度を制御することができる。   Although the temperature of heat processing changes also with the kind of binder polymer or a silane coupling agent, it is preferable that it is 150 degreeC or more. If it is 150 degreeC or more, reaction and imidation reaction of said binder polymer, the hydrolyzate of a silane coupling agent, or its dehydration condensate will advance. The upper limit of the heat treatment temperature is not particularly limited as long as it is a temperature at which the thermal decomposition of the constituent components of the electrode composition can be prevented. Specifically, when using a silane coupling material containing an amino group, the temperature is preferably 300 ° C. or lower, and when using a silane coupling agent containing an epoxy group, the temperature is 250 ° C. or lower. Is preferred. Further, when the heat treatment temperature exceeds the melting point of the binder polymer, the binder polymer melts and the molecular structure changes, which is not preferable. For this reason, it is preferable to heat-treat at a temperature below the melting point of the binder polymer. For example, when vinyl-based polycarboxylic acid is used as the binder polymer, the temperature is preferably 250 ° C. or lower, and when polyamic acid is used, it is preferably 400 ° C. or lower. In addition, since the imidization reaction of polyamic acid progresses as the temperature is higher, the degree of imidization can be controlled by adjusting the temperature and time of the heat treatment.

熱処理の時間は特に制限されず、バインダーポリマーやシランカップリング剤の種類や電極組成物の塗布量に応じて適宜設定すればよいが、好ましくは2〜24時間程度である。   The time for the heat treatment is not particularly limited, and may be appropriately set according to the type of binder polymer or silane coupling agent and the coating amount of the electrode composition, but is preferably about 2 to 24 hours.

熱処理手段も特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、真空乾燥機の使用や加熱処理が例示される。   The heat treatment means is not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. For example, use of a vacuum dryer or heat treatment is exemplified.

熱処理工程後、電極積層体をプレスしてもよい。これにより、活物質層の厚みや電極密度を制御することができる。プレス手段については特に限定されず、従来公知の手段が適宜採用されうる。プレス手段の一例を挙げると、カレンダーロール、平板プレスなどが挙げられる。   After the heat treatment step, the electrode laminate may be pressed. Thereby, the thickness and electrode density of the active material layer can be controlled. The pressing means is not particularly limited, and conventionally known means can be appropriately employed. If an example of a press means is given, a calendar roll, a flat plate press, etc. will be mentioned.

以上、リチウムイオン二次電池用電極積層体の製造方法について説明したが、本発明はかような形態に制限されるわけではなく、従来公知の方法を適用して電極などの積層体を作製することができる。   The method for manufacturing the electrode laminate for a lithium ion secondary battery has been described above, but the present invention is not limited to such a form, and a conventionally known method is applied to produce a laminate such as an electrode. be able to.

[電解質層]
電解質層は、非水電解質を含む層である。電解質層に含まれる非水電解質(具体的には、リチウム塩)は、充放電時に正負極間を移動するリチウムイオンのキャリアーとしての機能を有する。非水電解質としてはかような機能を発揮できるものであれば特に限定されないが、(e)電解質の項で説明した液体電解質、ゲルポリマー電解質、および真性ポリマー電解質を特に制限なく用いることができる。液体電解質、ゲルポリマー電解質、および真性ポリマー電解質の具体的な形態については、上記の(e)電解質の項で説明しため、詳細はここでは省略する。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer is a layer containing a non-aqueous electrolyte. A nonaqueous electrolyte (specifically, a lithium salt) contained in the electrolyte layer has a function as a carrier of lithium ions that moves between the positive and negative electrodes during charge and discharge. The nonaqueous electrolyte is not particularly limited as long as it can exhibit such a function, but the liquid electrolyte, gel polymer electrolyte, and intrinsic polymer electrolyte described in the section of (e) electrolyte can be used without particular limitation. Specific forms of the liquid electrolyte, the gel polymer electrolyte, and the intrinsic polymer electrolyte will be described in the above section (e) Electrolyte, and the details are omitted here.

これらの電解質層に含まれる非水電解質は、1種単独であってもよいし、2種以上であってもよい。また、上述した活物質層に用いた電解質と異なる電解質を用いてもよいし、同一の電解質を用いてもよい。   The non-aqueous electrolyte contained in these electrolyte layers may be one kind alone, or two or more kinds. Further, an electrolyte different from the electrolyte used for the active material layer described above may be used, or the same electrolyte may be used.

なお、電解質層が液体電解質やゲルポリマー電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いる。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。   In addition, when an electrolyte layer is comprised from a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte, a separator is used for the electrolyte layer. Specific examples of the separator include a microporous film made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene.

電解質層の厚さは、内部抵抗を低減させるには薄ければ薄いほどよいといえる。電解質層の厚さは、1〜100μm、好ましくは5〜50μm、とするのがよい。   It can be said that the thinner the electrolyte layer, the better to reduce the internal resistance. The thickness of the electrolyte layer is 1 to 100 μm, preferably 5 to 50 μm.

[外装体]
リチウムイオン二次電池では、使用時の外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、発電要素全体を外装体に収容するのが望ましい。外装体としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができほか、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた発電要素を覆うことができる袋状のケースを用いることができる。ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。
[Exterior body]
In a lithium ion secondary battery, it is desirable to accommodate the entire power generating element in an exterior body in order to prevent external impact and environmental degradation during use. As the exterior body, a conventionally known metal can case can be used, and a bag-like case that can cover a power generation element using a laminate film containing aluminum can be used. For example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used as the laminate film, but the laminate film is not limited thereto.

[電池の外観]
図5は、本発明の一実施形態である積層型電池の外観を模式的に表した斜視図である。図5に示すように、積層型電池10は、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための負極集電板25、正極集電板27が引き出されている。発電要素21は、電池10の外装体29によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素21は負極集電板25および正極集電板27を引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素21は、図1に示す積層型電池10の発電要素21に相当し、負極(負極活物質層)13、電解質層17および正極(正極活物質層)15で構成される単電池層(単セル)19が複数積層されたものである。
[Battery appearance]
FIG. 5 is a perspective view schematically showing the appearance of a stacked battery according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the stacked battery 10 has a rectangular flat shape, and a negative electrode current collector plate 25 and a positive electrode current collector plate 27 for taking out electric power are drawn out from both sides thereof. Yes. The power generation element 21 is encased in an outer package 29 of the battery 10 and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element 21 is sealed with the negative electrode current collector plate 25 and the positive electrode current collector plate 27 drawn out. Here, the power generation element 21 corresponds to the power generation element 21 of the stacked battery 10 shown in FIG. 1, and is composed of a negative electrode (negative electrode active material layer) 13, an electrolyte layer 17, and a positive electrode (positive electrode active material layer) 15. A plurality of battery layers (single cells) 19 are stacked.

なお、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、図1に示すような扁平な形状(積層型)のものに制限されるわけではない。例えば、巻回型のリチウムイオン電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよい。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートシートを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよく、特に制限はない。   Note that the lithium ion secondary battery of this embodiment is not limited to a flat shape (stacked type) as shown in FIG. For example, the wound type lithium ion battery may have a cylindrical shape, or may have a shape that is a flattened rectangular shape by deforming such a cylindrical shape. . In the cylindrical shape, a laminate sheet or a conventional cylindrical can (metal can) may be used as the exterior material, and there is no particular limitation.

リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)も、図1に示す単電池層が電気的に直列接続されてなる非双極型(内部並列接続タイプ)の電池に制限されず、単電池層が電気的に並列接続されてなる双極型(内部直列接続タイプ)の電池であってもよい。   The electrical connection form (electrode structure) in the lithium ion secondary battery is not limited to a non-bipolar (internal parallel connection type) battery in which the single battery layers shown in FIG. 1 are electrically connected in series. It may be a bipolar (internal series connection type) battery in which unit cell layers are electrically connected in parallel.

また、図5に示す集電板25、27の取り出しに関しても、特に制限されず、負極集電板25と正極集電板27とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし負極集電板25と正極集電板27をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出すようにしてもよい。   Further, the removal of the current collector plates 25 and 27 shown in FIG. 5 is not particularly limited, and the negative electrode current collector plate 25 and the positive electrode current collector plate 27 may be pulled out from the same side or the negative electrode current collector plate 25. The positive electrode current collector plate 27 may be divided into a plurality of pieces and taken out from each side.

本実施形態によれば、充放電サイクルに優れるリチウムイオン二次電池が提供されうる。本実施形態のリチウムイオン二次電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。   According to this embodiment, a lithium ion secondary battery excellent in charge / discharge cycles can be provided. The lithium ion secondary battery of the present embodiment is a power source for driving a vehicle that requires a high volume energy density and a high volume output density as a large capacity power source such as an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, and a hybrid fuel cell vehicle It can be suitably used for an auxiliary power source.

本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。   The effects of the present invention will be described using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.

[実施例1]
(1)表面処理工程
負極活物質としてのシリコン粒子(高純度化学社製、平均粒子径5μm、BET比表面積4.6m/g)10g(100重量部)を2−プロパノール50gに分散させた。これに、シランカップリング剤としての3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製KBM903、分子量179.3)0.5g(5重量部)を添加し、イオン交換水1.0gを加えて一晩攪拌した。
[Example 1]
(1) Surface treatment step 10 g (100 parts by weight) of silicon particles (manufactured by Kokusai Kagaku Co., Ltd., average particle diameter 5 μm, BET specific surface area 4.6 m 2 / g) as a negative electrode active material were dispersed in 50 g of 2-propanol. . To this, 0.5 g (5 parts by weight) of 3-aminopropyltrimethoxysilane (KBE903, molecular weight 179.3, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) as a silane coupling agent was added, and 1.0 g of ion-exchanged water was added. Stir overnight.

得られた反応液からロータリーエバポレーターを用いて溶媒を除去することにより、10.2gの表面処理した活物質粒子1を得た。この活物質粒子1における活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の添加量は、17.5分子/nmであった。なお、活物質の表面積はBET比表面積から算出した。 By removing the solvent from the obtained reaction solution using a rotary evaporator, 10.2 g of surface-treated active material particles 1 were obtained. The addition amount of the silane coupling agent molecule per unit surface area of the active material in this active material particle 1 was 17.5 molecules / nm 2 . The surface area of the active material was calculated from the BET specific surface area.

(2)電極組成物の製造工程
上記工程で得た活物質粒子1(60重量部)と、導電剤(25重量部)と、バインダーポリマー(15重量部(固形分換算)とをそれぞれN−メチルピロリドン(NMP)を分散溶媒として用いて均一に混練することにより、電極組成物1を製造した。なお、導電剤としてはアセチレンブラックを使用し、バインダーポリマーとしてはポリイミド樹脂前駆体であるポリアミック酸(宇部興産社製U−ワニスA)を使用した。
(2) Manufacturing process of electrode composition Each of the active material particles 1 (60 parts by weight) obtained in the above process, a conductive agent (25 parts by weight), and a binder polymer (15 parts by weight (in terms of solid content)) is N- By uniformly kneading using methylpyrrolidone (NMP) as a dispersion solvent, an electrode composition 1 was produced, using acetylene black as a conductive agent and polyamic acid as a polyimide resin precursor as a binder polymer. (Ube Industries U-Varnish A) was used.

(3)塗布工程
この電極組成物1の一部をそれぞれ集電体としての銅箔(厚さ:10μm)に塗布し、溶媒を揮発させた。
(3) Application | coating process Part of this electrode composition 1 was apply | coated to the copper foil (thickness: 10 micrometers) as a collector, respectively, and the solvent was volatilized.

(4)熱処理工程
その後、真空乾燥機を用いて、170℃で一晩熱処理することにより、電極1(活物質層の厚み:40μm)を得た。
(4) Heat treatment process Then, the electrode 1 (thickness of an active material layer: 40 micrometers) was obtained by heat-processing overnight at 170 degreeC using a vacuum dryer.

[実施例2]
シランカップリング剤として、実施例1における3−アミノプロピルトリメトキシシラン0.5gの代わりに11−アミノウンデシルトリエトキシシラン(Gelest社製SIA0630.0、分子量333.6)0.95g(9.5重量部)を添加した。このこと以外は実施例1と同様にして活物質の表面処理を行い、10.8gの活物質粒子2を得た。この活物質粒子2における活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の添加量は、37.3分子/nmであった。なお、活物質の表面積はBET比表面積から算出した。
[Example 2]
As a silane coupling agent, instead of 0.5 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane in Example 1, 11-aminoundecyltriethoxysilane (Gelest SIA0630.0, molecular weight 333.6) 0.95 g (9. 5 parts by weight) was added. Except this, surface treatment of the active material was performed in the same manner as in Example 1 to obtain 10.8 g of active material particles 2. The addition amount of silane coupling agent molecules per unit surface area of the active material in the active material particles 2 was 37.3 molecules / nm 2 . The surface area of the active material was calculated from the BET specific surface area.

上記工程で得た活物質粒子2を使用すること以外は実施例1と同様にして電極組成物の製造工程および熱処理工程を行うことにより、電極組成物2および電極2を得た。   The electrode composition 2 and the electrode 2 were obtained by performing the manufacturing process and heat treatment process of an electrode composition like Example 1 except using the active material particle 2 obtained at the said process.

[実施例3]
シランカップリング剤として、実施例1における3−アミノプロピルトリメトキシシラン0.5gの代わりに3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン(信越化学社製KBE902、分子量191.3)0.025g(0.25重量部)を添加した。このこと以外は実施例1と同様にして活物質の表面処理を行い、9.8gの活物質粒子3を得た。この活物質粒子3における活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の添加量は、1.7分子/nmであった。なお、活物質の表面積はBET比表面積から算出した。
[Example 3]
As a silane coupling agent, in place of 0.5 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane in Example 1, 3-aminopropylmethyldiethoxysilane (KBE902 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., molecular weight 191.3) 0.025 g (0.25) Parts by weight) was added. Except this, surface treatment of the active material was performed in the same manner as in Example 1 to obtain 9.8 g of active material particles 3. The amount of silane coupling agent molecules added per unit surface area of the active material in the active material particles 3 was 1.7 molecules / nm 2 . The surface area of the active material was calculated from the BET specific surface area.

上記工程で得た活物質粒子3を使用すること以外は実施例1と同様にして電極組成物の製造工程および熱処理工程を行うことにより、電極組成物3および電極3を得た。   The electrode composition 3 and the electrode 3 were obtained by performing the manufacturing process and heat treatment process of an electrode composition like Example 1 except using the active material particle 3 obtained at the said process.

[実施例4]
負極活物質として、実施例1におけるシリコン粒子10gの代わりにシリコン粒子(45μmメッシュ通過品、BET比表面積0.65m/g)10g(100重量部)を添加した。シランカップリング剤として、実施例1における3−アミノプロピルトリメトキシシラン0.5gの代わりに3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製KBM403、分子量236.3)0.2g(2.0重量部)を添加した。このこと以外は実施例1と同様にして活物質の表面処理を行い、10.1gの活物質粒子4を得た。この活物質粒子4における活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の添加量は、78.4分子/nmであった。なお、活物質の表面積はBET比表面積から算出した。
[Example 4]
As a negative electrode active material, 10 g (100 parts by weight) of silicon particles (45 μm mesh-passing product, BET specific surface area 0.65 m 2 / g) were added instead of 10 g of silicon particles in Example 1. As a silane coupling agent, instead of 0.5 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane in Example 1, 0.2 g of 2-glycidoxypropyltrimethoxysilane (KBM403 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., molecular weight 236.3) (2. 0 parts by weight) was added. Except for this, the surface treatment of the active material was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain 10.1 g of active material particles 4. The addition amount of silane coupling agent molecules per unit surface area of the active material in the active material particles 4 was 78.4 molecules / nm 2 . The surface area of the active material was calculated from the BET specific surface area.

上記工程で得た活物質粒子4を使用すること以外は実施例1と同様にして電極組成物の製造工程および熱処理工程を行うことにより、電極組成物4および電極4を得た。   The electrode composition 4 and the electrode 4 were obtained by performing the manufacturing process and heat treatment process of an electrode composition like Example 1 except using the active material particle 4 obtained at the said process.

[実施例5]
シランカップリング剤として、実施例1における3−アミノプロピルトリメトキシシラン0.5gの代わりに2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン(信越化学社製KBM303、分子量246.4)0.006g(0.06重量部)を添加した。このこと以外は実施例1と同様にして活物質の表面処理を行い、9.9gの活物質粒子5を得た。この活物質粒子5における活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の添加量は、0.32分子/nmであった。なお、活物質の表面積はBET比表面積から算出した。
[Example 5]
As a silane coupling agent, instead of 0.5 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane in Example 1, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane (KBM303 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., molecular weight 246.4) 0 0.006 g (0.06 parts by weight) was added. Except this, surface treatment of the active material was performed in the same manner as in Example 1 to obtain 9.9 g of active material particles 5. The amount of silane coupling agent molecules added per unit surface area of the active material in the active material particles 5 was 0.32 molecule / nm 2 . The surface area of the active material was calculated from the BET specific surface area.

上記工程で得た活物質粒子5を使用すること以外は実施例1と同様にして電極組成物の製造工程および熱処理工程を行うことにより、電極組成物5および電極5を得た。   The electrode composition 5 and the electrode 5 were obtained by performing the manufacturing process and heat treatment process of an electrode composition like Example 1 except using the active material particle 5 obtained at the said process.

[実施例6]
シランカップリング剤である3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製KBM403、分子量236.3)の添加量を0.95g(9.5重量部)とした。このこと以外は実施例4と同様にして活物質の表面処理を行い、10.6gの活物質粒子6を得た。この活物質粒子6における活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の添加量は、372.3分子/nmであった。なお、活物質の表面積はBET比表面積から算出した。
[Example 6]
The addition amount of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (KBM403 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., molecular weight 236.3) as a silane coupling agent was 0.95 g (9.5 parts by weight). Except this, surface treatment of the active material was performed in the same manner as in Example 4 to obtain 10.6 g of active material particles 6. The addition amount of silane coupling agent molecules per unit surface area of the active material in the active material particles 6 was 372.3 molecules / nm 2 . The surface area of the active material was calculated from the BET specific surface area.

上記工程で得た活物質粒子6を使用すること以外は実施例1と同様にして電極組成物の製造工程および熱処理工程を行うことにより、電極組成物6および電極6を得た。   The electrode composition 6 and the electrode 6 were obtained by performing the manufacturing process and heat treatment process of an electrode composition like Example 1 except using the active material particle 6 obtained at the said process.

[実施例7]
負極活物質として、実施例1におけるシリコン粒子10gの代わりにSiO粒子(平均粒子径5μm、BET比表面積4.6m/g)10g(100重量部)を添加した。シランカップリング剤として、実施例1における3−アミノプロピルトリメトキシシラン0.5gの代わりに(アミノエチルアミノプロピル)メチルジメトキシシラン(信越化学社製KBM602、分子量206.4)0.24g(2.4重量部)を添加した。このこと以外は実施例1と同様にして活物質の表面処理を行い、10.0gの活物質粒子7を得た。この活物質粒子7における活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の添加量は、1.4分子/nmであった。なお、活物質の表面積はBET比表面積から算出した。
[Example 7]
As a negative electrode active material, 10 g (100 parts by weight) of SiO particles (average particle diameter 5 μm, BET specific surface area 4.6 m 2 / g) was added instead of 10 g of silicon particles in Example 1. As a silane coupling agent, instead of 0.5 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane in Example 1, (aminoethylaminopropyl) methyldimethoxysilane (KBM602 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., molecular weight 206.4) 0.24 g (2. 4 parts by weight) was added. Except this, surface treatment of the active material was performed in the same manner as in Example 1 to obtain 10.0 g of active material particles 7. The addition amount of silane coupling agent molecules per unit surface area of the active material in the active material particles 7 was 1.4 molecules / nm 2 . The surface area of the active material was calculated from the BET specific surface area.

上記工程で得た活物質粒子7を使用すること以外は実施例1と同様にして電極組成物の製造工程および熱処理工程を行うことにより、電極組成物7および電極7を得た。   The electrode composition 7 and the electrode 7 were obtained by performing the manufacturing process and heat treatment process of an electrode composition like Example 1 except using the active material particle 7 obtained at the said process.

[実施例8]
負極活物質として、実施例1におけるシリコン粒子10gの代わりに人造黒鉛粒子(エスイーシー社製、平均粒子径1μm、BET比表面積21m/g)10g(100重量部)を添加した。このこと以外は実施例1と同様にして活物質の表面処理を行い、10.2gの活物質粒子8を得た。この活物質粒子8における活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の添加量は、3.8分子/nmであった。なお、活物質の表面積はBET比表面積から算出した。
[Example 8]
As a negative electrode active material, 10 g (100 parts by weight) of artificial graphite particles (manufactured by ESC, average particle diameter of 1 μm, BET specific surface area of 21 m 2 / g) was added instead of 10 g of silicon particles in Example 1. Except for this, the surface treatment of the active material was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain 10.2 g of active material particles 8. The amount of silane coupling agent molecules added per unit surface area of the active material in the active material particles 8 was 3.8 molecules / nm 2 . The surface area of the active material was calculated from the BET specific surface area.

上記工程で得た活物質粒子8を使用すること以外は実施例1と同様にして電極組成物の製造工程および熱処理工程を行うことにより、電極組成物8および電極8を得た。   The electrode composition 8 and the electrode 8 were obtained by performing the manufacturing process and heat treatment process of an electrode composition like Example 1 except using the active material particle 8 obtained at the said process.

[実施例9]
シランカップリング剤である11−アミノウンデシルトリエトキシシラン(Gelest社製SIA0630.0、分子量333.6)の添加量を0.004g(0.04重量部)とした。このこと以外は実施例2と同様にして活物質の表面処理を行い、9.8gの活物質粒子9を得た。この活物質粒子9における活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の添加量は、0.16分子/nmであった。なお、活物質の表面積はBET比表面積から算出した。
[Example 9]
The added amount of 11-aminoundecyltriethoxysilane (SIA0630.0, molecular weight 333.6, manufactured by Gelest), which is a silane coupling agent, was 0.004 g (0.04 parts by weight). Except for this, the surface treatment of the active material was performed in the same manner as in Example 2 to obtain 9.8 g of active material particles 9. The addition amount of silane coupling agent molecules per unit surface area of the active material in the active material particles 9 was 0.16 molecule / nm 2 . The surface area of the active material was calculated from the BET specific surface area.

上記工程で得た活物質粒子9を使用すること以外は実施例1と同様にして電極組成物の製造工程および熱処理工程を行うことにより、電極組成物9および電極9を得た。   The electrode composition 9 and the electrode 9 were obtained by performing the manufacturing process and heat treatment process of an electrode composition like Example 1 except using the active material particle 9 obtained at the said process.

[実施例10]
負極活物質として、実施例1におけるシリコン粒子10gの代わりにシリコン粒子(45μmメッシュ通過品、BET比表面積0.65m/g)10g(100重量部)を添加した。シランカップリング剤として、実施例1における3−アミノプロピルトリメトキシシラン0.5gの代わりに(アミノエチルアミノプロピル)メチルジメトキシシラン1.05g(10.5重量部)を添加した。このこと以外は実施例1と同様にして活物質の表面処理を行い、10.4gの活物質粒子10を得た。この活物質粒子10における活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の添加量は、471分子/nmであった。なお、活物質の表面積はBET比表面積から算出した。
[Example 10]
As a negative electrode active material, 10 g (100 parts by weight) of silicon particles (45 μm mesh-passing product, BET specific surface area 0.65 m 2 / g) were added instead of 10 g of silicon particles in Example 1. As a silane coupling agent, 1.05 g (10.5 parts by weight) of (aminoethylaminopropyl) methyldimethoxysilane was added instead of 0.5 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane in Example 1. Except this, surface treatment of the active material was performed in the same manner as in Example 1 to obtain 10.4 g of active material particles 10. The addition amount of silane coupling agent molecules per unit surface area of the active material in the active material particles 10 was 471 molecules / nm 2 . The surface area of the active material was calculated from the BET specific surface area.

上記工程で得た活物質粒子10を使用すること以外は実施例1と同様にして電極組成物の製造工程および熱処理工程を行うことにより、電極組成物10および電極10を得た。   The electrode composition 10 and the electrode 10 were obtained by performing the manufacturing process and heat treatment process of an electrode composition like Example 1 except using the active material particle 10 obtained at the said process.

[実施例11]
電極組成物の製造工程において、バインダーポリマーとして、実施例1におけるポリイミド樹脂前駆体(15重量部(固形分換算))の代わりにポリアクリル酸(日本触媒社製H−AS)(15重量部(固形分換算))を使用した。このこと以外は、実施例1と同様にして、電極組成物11および電極11を得た。
[Example 11]
In the production process of the electrode composition, instead of the polyimide resin precursor (15 parts by weight (in terms of solid content)) in Example 1 as a binder polymer, polyacrylic acid (H-AS manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) (15 parts by weight ( Solid content conversion)) was used. Except for this, an electrode composition 11 and an electrode 11 were obtained in the same manner as in Example 1.

[比較例1]
シランカップリング剤として、実施例1における3−アミノプロピルトリメトキシシラン0.5gの代わりにメチルトリメトキシシラン0.24g(2.4重量部)を添加した。このこと以外は実施例1と同様にして活物質の表面処理を行い、9.8gの比較活物質粒子1を得た。この比較活物質粒子1における活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤分子の添加量は、23分子/nmであった。なお、活物質の表面積はBET比表面積から算出した。メチルトリメトキシシランはカルボキシル基との反応性基を有さない。
[Comparative Example 1]
As a silane coupling agent, 0.24 g (2.4 parts by weight) of methyltrimethoxysilane was added instead of 0.5 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane in Example 1. Except for this, the surface treatment of the active material was performed in the same manner as in Example 1 to obtain 9.8 g of comparative active material particles 1. The amount of the silane coupling agent molecule added per unit surface area of the active material in this comparative active material particle 1 was 23 molecules / nm 2 . The surface area of the active material was calculated from the BET specific surface area. Methyltrimethoxysilane does not have a reactive group with a carboxyl group.

上記工程で得た比較活物質粒子1を使用すること以外は実施例1と同様にして電極組成物の製造工程および熱処理工程を行うことにより、比較電極組成物1および比較電極1を得た。   The comparative electrode composition 1 and the comparative electrode 1 were obtained by performing the manufacturing process and heat treatment process of an electrode composition like Example 1 except using the comparative active material particle 1 obtained at the said process.

[比較例2]
電極組成物の製造工程において、バインダーポリマーとして、実施例1におけるポリイミド樹脂前駆体(15重量部(固形分換算))の代わりにポリフッ化ビニリデン(クレハ社製KF#9200)(15重量部(固形分換算))を使用した。このこと以外は、実施例1と同様にして、比較電極組成物2および比較電極2を得た。
[Comparative Example 2]
In the production process of the electrode composition, instead of the polyimide resin precursor (15 parts by weight (in terms of solid content)) in Example 1 as a binder polymer, polyvinylidene fluoride (KF # 9200 manufactured by Kureha) (15 parts by weight (solid) Minute conversion)). Except for this, a comparative electrode composition 2 and a comparative electrode 2 were obtained in the same manner as in Example 1.

[比較例3]
熱処理工程において、熱処理の温度を140℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、比較電極組成物3および比較電極3を得た。
[Comparative Example 3]
In the heat treatment step, a comparative electrode composition 3 and a comparative electrode 3 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the heat treatment was 140 ° C.

[比較例4]
表面処理工程を行わなかった。すなわち、負極活物質としてのシリコン粒子(高純度化学社製、平均粒子径5μm、BET比表面積4.6m/g)10g(100重量部)をそのまま比較活物質粒子4として使用した。このこと以外は実施例1と同様にして電極組成物4および比較電極4を得た。
[Comparative Example 4]
No surface treatment process was performed. That is, 10 g (100 parts by weight) of silicon particles (manufactured by Kojun Chemical Co., Ltd., average particle diameter 5 μm, BET specific surface area 4.6 m 2 / g) as the negative electrode active material were used as the comparative active material particles 4 as they were. Except for this, an electrode composition 4 and a comparative electrode 4 were obtained in the same manner as in Example 1.

[電極の評価]
(電極構造の一体性の評価)
上記実施例1および4ならびに比較例3および4で得た各電極をN−メチルピロリドン(NMP)中に浸漬させた。図6に結果を示す。図6は実施例および比較例で得た電極をN−メチルピロリドン(NMP)に浸漬した結果を示す写真であり、左から順に実施例4、実施例1、比較例3、比較例4の各電極の浸漬結果を示している。図6に示されるように、実施例1および4の電極はNMP中に浸漬させた場合であっても電極構成材料が分散しなかった。一方、比較例3および4の電極はNMP中に浸漬させるとNMP中に電極構成材料の粉末が分散した。このことから、実施例1や4の電極では、バインダーポリマーと活物質とがシランカップリング剤によって結合され、強固に一体化された電極構造を有していることが確認される。
[Evaluation of electrodes]
(Evaluation of electrode structure integrity)
Each electrode obtained in Examples 1 and 4 and Comparative Examples 3 and 4 was immersed in N-methylpyrrolidone (NMP). The results are shown in FIG. FIG. 6 is a photograph showing the results obtained by immersing the electrodes obtained in Examples and Comparative Examples in N-methylpyrrolidone (NMP). Each of Example 4, Example 1, Comparative Example 3, and Comparative Example 4 is shown in order from the left. The electrode immersion results are shown. As shown in FIG. 6, the electrodes constituting Examples 1 and 4 did not disperse the electrode constituent material even when immersed in NMP. On the other hand, when the electrodes of Comparative Examples 3 and 4 were immersed in NMP, the powder of the electrode constituent material was dispersed in NMP. From this, it is confirmed that the electrodes of Examples 1 and 4 have an electrode structure in which the binder polymer and the active material are bonded together by the silane coupling agent and are firmly integrated.

(評価用セルの作製)
上記実施例1〜11および比較例1〜4で得た各電極を直径16mmの円盤形状に切り出し、負極とした。正極としては、金属リチウム(厚み0.2mm)を集電体である銅箔(厚さ0.2mm)の表面に貼りあわせ、これを直径16mmの円盤形状に切り出したものを使用した。
(Production of evaluation cell)
Each electrode obtained in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 4 was cut into a disk shape having a diameter of 16 mm, and used as a negative electrode. As the positive electrode, metallic lithium (thickness 0.2 mm) was bonded to the surface of a copper foil (thickness 0.2 mm) as a current collector, and this was cut into a disk shape having a diameter of 16 mm.

この負極をセパレータ(ガラスファイバー製不織布、厚さ:20μm)を介して、正極と対向させるように積層してコインセル容器内に入れ、電解液を注入し、上蓋をすることにより評価用セル1〜11および比較評価用セル1〜4を作製した。なお、電解液としては、1.0M LiPFをエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)との混合溶媒(体積比1:1)に溶解した溶液を用いた。 The negative electrode is laminated so as to face the positive electrode through a separator (glass fiber nonwoven fabric, thickness: 20 μm), placed in a coin cell container, injected with an electrolytic solution, and covered with an upper lid. 11 and comparative evaluation cells 1 to 4 were produced. As the electrolytic solution, a solution in which 1.0 M LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent (volume ratio 1: 1) of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) was used.

(充放電サイクル試験)
上記の方法で作製した各評価用セルについて、25℃の雰囲気下、定電流定電圧方式(CCCV、電圧:0.005V)で充電し、その後、定電流(CC)でセル電圧2.7Vまで放電させた。この充放電過程を1サイクルとし、5サイクルの充放電サイクル試験を行った。なお、充放電レートは初回のみ0.05Cとし、その後の2〜5サイクル目は0.2Cとした。
(Charge / discharge cycle test)
About each cell for evaluation produced by the above method, it was charged by a constant current constant voltage method (CCCV, voltage: 0.005 V) in an atmosphere at 25 ° C., and thereafter, the cell voltage was increased to 2.7 V by a constant current (CC). It was discharged. This charge / discharge process was defined as one cycle, and a 5-cycle charge / discharge cycle test was conducted. The charge / discharge rate was set to 0.05 C only for the first time, and 0.2 C for the second to fifth cycles thereafter.

5サイクル目における放電容量の1サイクル目の放電容量(初回放電容量)に対する割合(=容量維持率)を下記式に従って求めた。   The ratio of the discharge capacity at the 5th cycle to the discharge capacity at the first cycle (initial discharge capacity) (= capacity maintenance ratio) was determined according to the following formula.

結果を表1に示す。なお、表1における放電容量は、活物質粒子1gあたりの容量に換算したものを示している。   The results are shown in Table 1. In addition, the discharge capacity in Table 1 shows the value converted into the capacity per 1 g of active material particles.

表1からわかるように、比較例1〜4では、容量維持率が小さかった。比較例1のシランカップリング剤はカルボキシル基との反応性基を有しておらず、比較例2のバインダーポリマーはカルボキシル基を有していない。また、比較例4では、シランカップリング剤による活物質の表面処理を行っていない。このため比較例1、比較例2、および比較例4の電極ではバインダーポリマーと活物質粒子との間に結合を形成することができず、強固な電極構造を形成できなかったためサイクル特性が低下したと考えられる。また、比較例3では、熱処理温度が低い。このため、バインダーポリマーのカルボキシル基とシランカップリング剤中のアミノ基との間の反応が十分に進行せず、強固な結合を形成することができなかったため、サイクル特性が低下したと考えられる。   As can be seen from Table 1, in Comparative Examples 1 to 4, the capacity retention rate was small. The silane coupling agent of Comparative Example 1 does not have a reactive group with a carboxyl group, and the binder polymer of Comparative Example 2 does not have a carboxyl group. Moreover, in the comparative example 4, the surface treatment of the active material by a silane coupling agent is not performed. For this reason, in the electrodes of Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 4, it was impossible to form a bond between the binder polymer and the active material particles, and the cycle characteristics were deteriorated because a strong electrode structure could not be formed. it is conceivable that. In Comparative Example 3, the heat treatment temperature is low. For this reason, since the reaction between the carboxyl group of the binder polymer and the amino group in the silane coupling agent did not proceed sufficiently and a strong bond could not be formed, it is considered that the cycle characteristics were lowered.

これに対して、実施例1〜11ではサイクル特性が高く維持されることが確認された。実施例1〜11では、バインダーポリマーと活物質との間に強固な結合が形成され、充放電を繰り返した際にも電極構造が保持され、充放電による電極の膨張収縮時における活物質の脱落を防止しうるためと考えられる。   On the other hand, in Examples 1-11, it was confirmed that cycling characteristics are maintained high. In Examples 1 to 11, a strong bond is formed between the binder polymer and the active material, the electrode structure is maintained even when charging and discharging are repeated, and the active material is removed during expansion and contraction of the electrode due to charging and discharging. It is thought that this can be prevented.

また、活物質としてシリコン粒子を使用した実施例1〜6、11では、活物質としてSiO粒子を使用した実施例7および人造黒鉛を使用した実施例8に比べて、初回放電容量が大きく、高容量な電極となることが確認された。また、シランカップリング剤の添加量が0.05〜10重量部の範囲を外れ、活物質の単位表面積あたりのシランカップリング剤の添加量が0.2〜400分子/nmの範囲を外れる実施例9および10では、初回放電容量が低下し、サイクル特性も低下することが確認された。さらに、比較例1〜4に比べて実施例1〜6、11のセルでは初回放電容量が大きかった。初期充電の際には、リチウムイオンがシリコン粒子中に吸蔵され、シリコン粒子の一部に割れが生じると考えられる。比較例1〜4では、強固な電極構造が形成されていないために、活物質の脱離が生じ、導電パスが崩壊するために、初回放電容量が低下したと考えられる。実施例1〜6、11のセルでは活物質とバインダーポリマーとが多数の点で結合しているため、活物質に割れが生じた場合であっても、導電パスを維持することができ、その結果、初期放電容量が大きくなったと考えられる。 Further, in Examples 1 to 6 and 11 using silicon particles as the active material, the initial discharge capacity was larger than in Example 7 using SiO particles as the active material and Example 8 using artificial graphite. It was confirmed that the electrode becomes a capacitive electrode. Moreover, the addition amount of the silane coupling agent is out of the range of 0.05 to 10 parts by weight, and the addition amount of the silane coupling agent per unit surface area of the active material is out of the range of 0.2 to 400 molecules / nm 2. In Examples 9 and 10, it was confirmed that the initial discharge capacity was lowered and the cycle characteristics were also lowered. Furthermore, the initial discharge capacity was larger in the cells of Examples 1 to 6 and 11 than in Comparative Examples 1 to 4. In the initial charge, it is considered that lithium ions are occluded in the silicon particles and a part of the silicon particles are cracked. In Comparative Examples 1 to 4, since the strong electrode structure is not formed, the active material is desorbed, and the conductive path is collapsed. In the cells of Examples 1 to 6 and 11, since the active material and the binder polymer are bonded at a number of points, the conductive path can be maintained even when the active material is cracked. As a result, it is considered that the initial discharge capacity has increased.

以上から、活物質とバインダーポリマーとがシランカップリング剤由来の結合部位を介して結合した活物質層を有する電極を用いた場合には、サイクル特性が向上することが確認された。   From the above, it was confirmed that cycle characteristics were improved when an electrode having an active material layer in which an active material and a binder polymer were bonded via a binding site derived from a silane coupling agent.

10 積層型電池、
11 負極集電体、
12 正極集電体、
13 負極活物質層(負極)、
15 正極活物質層(正極)、
17 電解質層、
19 単電池層(単セル)、
21 発電要素、
25 負極集電板、
27 正極集電板、
29 外装体(ラミネートシート)、
32 活物質、
32a 脱落した活物質、
33 バインダーポリマー、
34 シランカップリング剤の加水分解物またはその脱水縮合物、
35 導電剤、
39 接続治具。
10 stacked battery,
11 negative electrode current collector,
12 positive electrode current collector,
13 negative electrode active material layer (negative electrode),
15 positive electrode active material layer (positive electrode),
17 electrolyte layer,
19 Single battery layer (single cell),
21 power generation elements,
25 negative current collector,
27 positive current collector,
29 exterior body (laminate sheet),
32 active material,
32a Active material dropped out,
33 binder polymer,
34 Hydrolyzate of silane coupling agent or dehydration condensate thereof,
35 Conductive agent,
39 Connection jig.

Claims (6)

集電体と;
前記集電体の表面に形成され、シリコン粒子からなる活物質およびカルボキシル基を有するバインダーポリマーを含む活物質層と;
を有し、
前記活物質が下記式(1)で表されるシランカップリング剤で表面処理され、
前記活物質と前記バインダーポリマーとが前記シランカップリング剤の加水分解物または前記加水分解物の脱水縮合物を介して結合しており、前記活物質の単位表面積あたりの前記シランカップリング剤分子の添加量が、0.16〜471.2分子/nmである、リチウムイオン二次電池用負極
Current collector;
An active material layer formed on the surface of the current collector and comprising an active material comprising silicon particles and a binder polymer having a carboxyl group;
Have
The active material is surface-treated with a silane coupling agent represented by the following formula (1),
The active material and the and the binder polymer is bonded via a dehydration condensation product of the hydrolyzate of the silane coupling agent or the hydrolyzate of the silane coupling agent molecules per unit surface area of the active material The negative electrode for lithium ion secondary batteries whose addition amount is 0.16-471.2 molecule / nm < 2 >.
前記バインダーポリマーはポリイミドを含む、請求項1に記載の負極The negative electrode according to claim 1, wherein the binder polymer includes polyimide. 前記バインダーポリマーはビニル系ポリカルボン酸を含む、請求項1または2に記載の負極The negative electrode according to claim 1, wherein the binder polymer contains a vinyl polycarboxylic acid. シリコン粒子からなる活物質の表面を、前記活物質の単位表面積当たりのシランカップリング剤分子の添加量が0.16〜471.2分子/nmとなるように下記式(1)で表されるシランカップリング剤で表面処理する工程と、
前記工程で得た活物質とカルボキシル基を有するバインダーポリマーとを混合して負極組成物を製造する工程と、
前記負極組成物を基材の表面に塗布する工程と、
前記負極組成物を熱処理する工程と、
を有するリチウム二次電池用負極積層体の製造方法。
The surface of the active material made of silicon particles is expressed by the following formula (1) so that the amount of silane coupling agent molecules added per unit surface area of the active material is 0.16 to 471.2 molecules / nm 2. a step of surface treatment with a silane coupling agent that,
Mixing the active material obtained in the above step and a binder polymer having a carboxyl group to produce a negative electrode composition;
Applying the negative electrode composition to the surface of the substrate;
Heat-treating the negative electrode composition;
The manufacturing method of the negative electrode laminated body for lithium secondary batteries which has this.
前記熱処理の温度が150℃以上である、請求項に記載の製造方法。 The manufacturing method of Claim 4 whose temperature of the said heat processing is 150 degreeC or more. 請求項1〜のいずれか1項に記載の負極または請求項4もしくは5に記載の製造方法により製造された負極積層体を用いたリチウムイオン二次電池。 Negative electrode or a lithium ion secondary battery using the negative electrode laminate produced by the method according to claim 4 or 5 according to any one of claims 1-3.
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