JP6324783B2 - Battery electrode and battery - Google Patents

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Description

本発明は、電池用電極及び電池に関する。 The present invention relates to a battery electrode and a battery.

電池は、近年においては、携帯機器から自動車等まで多くの産業において、主にその性能や二次電池化の面で開発・改良の重要性が益々高まっている。 In recent years, the importance of development and improvement of batteries has been increasing in many industries from portable devices to automobiles mainly in terms of performance and secondary battery.

電池、特に鉛種や、亜鉛種、カドミウム種を含む負極を用いて構成される蓄電池は、長期間充放電を繰り返すと、電極の活物質層等の近傍で金属の溶解析出反応が起こる過程で、シェイプチェンジやデンドライトという電極活物質の形態変化が発生し、容量劣化や短寿命化が起こるという課題があった。このような課題に対し、ゲル電解質を用いたり電極組成物にポリマーを添加したりする技術がこれまでに報告されている(例えば、特許文献1参照。)。 Batteries, especially storage batteries composed of negative electrodes containing lead species, zinc species, and cadmium species, undergo a dissolution and precipitation reaction of metals in the vicinity of the electrode active material layer, etc., when charging and discharging are repeated for a long period of time. However, there has been a problem that the shape of the electrode active material such as shape change or dendrite is changed, resulting in capacity deterioration and shortening of life. In order to solve such a problem, a technique of using a gel electrolyte or adding a polymer to an electrode composition has been reported so far (see, for example, Patent Document 1).

ところで、多孔性部材を用いた電極構成部材として、セパレーター電極一体型蓄電部材が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。また、多孔性固体亜鉛電極及びその作製方法が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。 By the way, a separator electrode integrated power storage member is disclosed as an electrode constituent member using a porous member (for example, see Patent Document 2). Moreover, the porous solid zinc electrode and its manufacturing method are disclosed (for example, refer patent document 3).

国際公開第2013/027767号International Publication No. 2013/027767 特開2006−236647号公報JP 2006-236647 A 特表2008−518408号公報Special table 2008-518408

上記特定の蓄電池等のように、電池反応に伴って活物質の溶解・析出反応が生じる場合、活物質の析出形態を制御することは極めて重要である。特にニッケル・亜鉛電池やニッケル・カドミウム電池では負極活物質である亜鉛種やカドミウム種の負極での析出形態が制御できていないと、充放電反応を重ねるごとにシェイプチェンジが進行し、負極の活物質が枯渇して水素が発生するという現象が生じる。これは電池開発における重要な課題のひとつとなっている。 As in the case of the specific storage battery described above, when the dissolution / precipitation reaction of the active material occurs along with the battery reaction, it is extremely important to control the form of precipitation of the active material. In particular, in nickel / zinc batteries and nickel / cadmium batteries, if the deposit form of the negative electrode active material zinc species or cadmium species in the negative electrode is not controlled, the shape change proceeds with each charge / discharge reaction, and the negative electrode active A phenomenon occurs in which material is depleted and hydrogen is generated. This is one of the important issues in battery development.

上記特許文献1に記載の発明は、アニオンとなっていた活物質が充電時に電極の近傍で再度析出するものに関してはシェイプチェンジやデンドライトを抑制する効果を発揮できるが、放電時に溶出したアニオンがその後電池内の電極近傍以外で過飽和状態となって再度析出することを防止するよう考慮したものではなかった。なお、上記特許文献2及び3には、シェイプチェンジの課題は記載されておらず、当該課題を充分に解消するための工夫の余地があった。また、上記特許文献2に記載の発明を亜鉛負極に適用すると、多孔質のセパレーター層内に亜鉛種由来のデンドライトが発生・成長し、電池性能を損なうおそれがあった。したがって、長期にわたって充放電を繰り返すと、電池形状によって電解液の対流が偶発的に生じるところ、この対流に依存して発生し得る電極のシェイプチェンジを抑制するための検討の余地があった。 The invention described in Patent Document 1 can exert an effect of suppressing shape change and dendrite in the case where the active material that has been an anion is precipitated again in the vicinity of the electrode during charging. It was not considered to prevent the precipitation in the supersaturated state except in the vicinity of the electrode in the battery. In Patent Documents 2 and 3, the problem of shape change is not described, and there is room for improvement to sufficiently solve the problem. Further, when the invention described in Patent Document 2 is applied to a zinc negative electrode, dendrites derived from zinc species are generated and grown in the porous separator layer, which may impair battery performance. Therefore, when charging and discharging are repeated over a long period of time, convection of the electrolyte occurs accidentally depending on the battery shape, and there is room for study to suppress electrode shape change that may occur depending on the convection.

このような課題は、亜鉛負極やカドミウム負極を用いる電池において特に重要であるが、これら以外の電極を用いる電池も有するものである。
なお、亜鉛種によって構成される亜鉛負極を用いる電池は、電池の普及と共に古くから研究されてきたものであり、アルカリ水溶液で構成される安全性、及び、活物質としてレアメタルを用いずに電極を形成できるという元素戦略的な確固たる優位性を有するが、上記課題等のために近年電池開発の主流ではなくなっていた。上記課題を解決すれば、安全性・優位性と性能とが両立できる電池として、携帯機器から自動車等まで多くの産業において極めて好適に使用できる可能性がある。
Such a problem is particularly important in a battery using a zinc negative electrode or a cadmium negative electrode, but has a battery using other electrodes.
A battery using a zinc negative electrode composed of a zinc species has been studied for a long time with the spread of the battery, and the safety of the alkaline aqueous solution and the electrode without using a rare metal as an active material. Although it has a solid superiority in terms of element strategy that it can be formed, it has not been the mainstream of battery development in recent years due to the above-mentioned problems. If the above-mentioned problems are solved, there is a possibility that the battery that can achieve both safety / advantage and performance can be used extremely favorably in many industries from portable devices to automobiles.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、亜鉛負極やその他の電極であって、電池を構成した際に、電極のシェイプチェンジやデンドライトを充分に制御することができ、長寿命化でき、また、水素発生を抑制できる電池用電極、及び、電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described situation, and is a zinc negative electrode or other electrode. When a battery is constructed, the shape change and dendrite of the electrode can be sufficiently controlled, and the life can be extended. An object of the present invention is to provide a battery electrode capable of suppressing hydrogen generation and a battery.

本発明者らは、先ず上述した安全性・優位性を有する亜鉛負極を用いる電池に着目し、亜鉛負極のシェイプチェンジを防止するために、放電時にアニオン(亜鉛酸イオン)であった活物質(酸化亜鉛)の再析出を負極の近傍に制御する機構について種々検討した。そして、本発明者らは、鋭意検討の結果、電極が、活物質層内及び/又は活物質層上に、電気的に絶縁性の材料から構成される構造体を有することにより、該電極を用いて構成した電池において、当該構造体が当該イオンの活物質層からの離脱を物理的に阻害したり、イオンが電極近傍で過飽和状態となり、活物質が電極の近傍で再析出するように制御したりすることができ、その結果電極のシェイプチェンジの抑制効果を顕著に発揮できることを見いだした。これにより、イオンが電極近傍で枯渇せず、活物質を電極上に豊富に保持できることから、水素発生を抑制することができる。更に、本発明者らは、デンドライトによる電極間短絡が、上記構造体により物理的に抑制され、電池を長寿命化できることも見いだした。そして、本発明者らは、亜鉛負極以外の負極や正極も、上記構造体を有するものとすれば同様に電極のシェイプチェンジやデンドライトを充分に制御することができ、長寿命化でき、また、水素発生を抑制できることを見いだし、本発明に想到したものである。 The present inventors first focused on a battery using a zinc negative electrode having safety and superiority as described above, and in order to prevent the shape change of the zinc negative electrode, an active material (an zincate ion) that was an anion (zinc acid ion) at the time of discharge ( Various mechanisms for controlling the reprecipitation of zinc oxide in the vicinity of the negative electrode were investigated. As a result of intensive studies, the present inventors have found that the electrode has a structure composed of an electrically insulating material in and / or on the active material layer. In such a battery, the structure is physically controlled to prevent the ions from detaching from the active material layer, or the ions are supersaturated near the electrode, and the active material is reprecipitated near the electrode. As a result, it has been found that the effect of suppressing the electrode shape change can be remarkably exhibited. Thereby, ions are not depleted in the vicinity of the electrode, and the active material can be retained abundantly on the electrode, so that hydrogen generation can be suppressed. Furthermore, the present inventors have also found that a short circuit between electrodes due to dendrites is physically suppressed by the structure, and the battery can have a long life. And, the present inventors can control the electrode shape change and dendrite sufficiently if the negative electrode and the positive electrode other than the zinc negative electrode also have the above structure, and can prolong the service life. The present inventors have found that hydrogen generation can be suppressed and have arrived at the present invention.

すなわち本発明は、集電体と、活物質粒子を含む活物質層とを備える電池用電極であって、上記電極は、活物質層内及び/又は活物質層上に、電気的に絶縁性の材料から構成される構造体を有し、上記構造体は、活物質粒子由来のイオンの活物質層からの離脱を阻害する構造をもつ電池用電極である。
また本発明は、本発明の電池用電極、及び、電解質を備える電池でもある。
That is, the present invention is a battery electrode including a current collector and an active material layer containing active material particles, and the electrode is electrically insulating in and / or on the active material layer. The structure is an electrode for a battery having a structure that inhibits detachment of ions derived from the active material particles from the active material layer.
Moreover, this invention is also a battery provided with the electrode for batteries of this invention, and electrolyte.

以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載される本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせた形態もまた、本発明の好ましい形態である。
The present invention is described in detail below.
In addition, the form which combined two or more each preferable form of this invention described below is also a preferable form of this invention.

<本発明の電池用電極>
本発明の電池用電極は、負極であってもよく、正極であってもよいが、負極であることが好ましい。
本発明の電池用電極は、活物質層内及び/又は活物質層上に、電気的に絶縁性の材料から構成される構造体を有する。以下では、本発明の電池用電極が有する構造体について説明する。
<Battery electrode of the present invention>
The battery electrode of the present invention may be a negative electrode or a positive electrode, but is preferably a negative electrode.
The battery electrode of the present invention has a structure composed of an electrically insulating material in and / or on the active material layer. Below, the structure which the battery electrode of this invention has is demonstrated.

〔構造体〕
本発明の電池用電極における上記構造体としては、活物質粒子由来のイオンの活物質層からの離脱を阻害したり、該イオンが構造体の空隙部等の内部で過飽和状態となり、再析出するように制御したりすることができる限り種々の構造のものを挙げることができる。なお、構造体が活物質層上にあるとは、構造体が活物質層側から見て集電体側にあってもよく、活物質層側から見て集電体の反対側にあってもよい。
上記構造体は、集電体側から見た場合に活物質層と少なくとも部分的に重畳するものであることが好ましいが、活物質層の全部と重畳することがより好ましい。重畳している部分について、構造体が活物質層内にある場合は、活物質粒子由来のイオンが集電体側から電極表面に向けて直進するのを阻害し、これにより、当該イオンが活物質層から離脱するのを阻害することができる。また、構造体が活物質層上にあり、活物質層側から見て集電体側にある場合は、上記イオンが構造体の空隙部等の内部で過飽和状態となり、活物質が構造体の内部で再析出するように制御でき、またこのように構造体に活物質が入り込んで構造体の層が活物質層の一部又は全部となることにより、構造体が活物質層内にある場合と同様に、構造体の内部で析出した活物質粒子由来のイオンが集電体側から電極表面に向けて直進するのを阻害することができる。更に、構造体が活物質層上にあり、活物質層側から見て集電体の反対側にある場合は、活物質粒子由来のイオンが活物質層から離脱するのを直接阻害することもできる。その結果、活物質粒子由来のイオンが電極近傍で枯渇せず、活物質を電極上に豊富に保持でき、電極のシェイプチェンジを抑制し、水素発生を抑制する本発明の効果を顕著に発揮できる。また、デンドライトによる電極間短絡を上記構造体により物理的に抑制することができる。
〔Structure〕
As the structure in the battery electrode of the present invention, the detachment of ions derived from the active material particles from the active material layer is inhibited, or the ions become supersaturated inside the voids of the structure and reprecipitate. As long as it can be controlled in this way, various structures can be mentioned. Note that the structure is on the active material layer that the structure may be on the current collector side when viewed from the active material layer side, or on the opposite side of the current collector when viewed from the active material layer side. Good.
The structure is preferably at least partially overlapped with the active material layer when viewed from the current collector side, but more preferably overlapped with the entire active material layer. When the structure is in the active material layer with respect to the overlapped portion, the ions derived from the active material particles are prevented from going straight from the current collector side toward the electrode surface, and thereby the ions are active material Detachment from the layer can be inhibited. In addition, when the structure is on the active material layer and is on the current collector side when viewed from the active material layer side, the ions are supersaturated inside the voids of the structure and the active material is inside the structure. In this way, the active material enters the structure and the structure layer becomes part or all of the active material layer, so that the structure is in the active material layer. Similarly, it is possible to inhibit the ions derived from the active material particles precipitated inside the structure from going straight from the current collector side toward the electrode surface. Further, when the structure is on the active material layer and on the side opposite to the current collector as viewed from the active material layer side, it may directly inhibit the ions derived from the active material particles from leaving the active material layer. it can. As a result, the ions derived from the active material particles are not depleted in the vicinity of the electrode, the active material can be retained abundantly on the electrode, the electrode shape change can be suppressed, and the effects of the present invention for suppressing hydrogen generation can be exhibited remarkably. . Moreover, the short circuit between electrodes by dendrite can be physically suppressed by the said structure.

本発明の電池用電極において、上記構造体は、上記イオンが通過可能な空隙部があることが好ましい。これにより、本発明の電池用電極を備える電池において、本発明の効果を発揮しつつ電池反応を好適に行うことが可能となる。 In the battery electrode of the present invention, it is preferable that the structure has a gap through which the ions can pass. Thereby, in a battery provided with the battery electrode of this invention, it becomes possible to perform a battery reaction suitably, exhibiting the effect of this invention.

本発明の電池用電極において、上記構造体は、その空隙部内で上記イオンの少なくとも一部を滞留させることがより好ましい。空隙部内で上記イオンを滞留させるとは、該イオンが空隙部内に留まっている限り、該イオンが空隙部内で移動していてもよい。これにより、活物質が電極の近傍で再析出しやすくなる。上記空隙部としては、粒状の孔がより好ましいものとして挙げられる。粒状の孔は、構造体の表面付近では構造体の表面が部分的に窪んでいる凹型形状のものであってもよい。また、これらが互いに連通したものであってもよい。空隙部が粒状の孔であると、空隙部の中で上記イオンの少なくとも一部が対流すると考えられる。対流とは、本明細書中、回り込むように流れること、又は、還流することを意味する。
なお、上記イオンの離脱の阻害、滞留、対流とは、それぞれ、本発明の電池用電極を備える電池が電池反応を起こす過程におけるものを意味する。
In the battery electrode according to the present invention, it is more preferable that the structure retain at least a part of the ions in the void. Retaining the ions in the gap means that the ions may move in the gap as long as the ions remain in the gap. This facilitates reprecipitation of the active material in the vicinity of the electrode. As the void portion, a granular hole is more preferable. The granular hole may have a concave shape in which the surface of the structure is partially recessed near the surface of the structure. Further, they may be in communication with each other. If the gap is a granular hole, it is considered that at least a part of the ions convect in the gap. In the present specification, convection means flowing around or recirculating.
In addition, the inhibition, retention, and convection of the detachment of ions mean those in the process of causing the battery reaction of the battery including the battery electrode of the present invention.

上記イオンが通過可能な空隙部がある構造体としては、例えば(1)空隙部がランダムに連通した構造を有するもの、(2)複数の繊維を絡めて構成されたもの、(3)貫通孔のあるシートを孔の位置が重ならないように複数枚重ね合わせて構成され、その空隙部が規則的に連通したものが、それぞれより好ましいものとして挙げられる。これら構造体は、それぞれ、活物質層内に配置されてもよいし、活物質層上に配置されてもよい。また、上記構造体は、上記(1)〜(3)の2つ以上が組み合わされたものであってもよい。 Examples of the structure having voids through which ions can pass include, for example, (1) those having a structure in which voids are randomly connected, (2) those formed by entwining a plurality of fibers, and (3) through holes. It is preferable that a plurality of sheets each having a gap are overlapped so that the positions of the holes do not overlap, and the gaps are regularly communicated with each other. Each of these structures may be disposed in the active material layer or may be disposed on the active material layer. Moreover, the structure may be a combination of two or more of the above (1) to (3).

上記(1)において、上記空隙部が、例えば電気的に絶縁性の材料に囲まれていた粒状物が除去されて形成された粒状の孔であることが本発明の1つの好ましい形態である。上記構造体は、後述するように、例えば、電気的に絶縁性のポリマーと粒状物とを混錬し、塗布・乾燥等させた後、粒状物の少なくとも一部を溶出させて形成することができる。 In said (1), it is one preferable form of this invention that the said space | gap part is a granular hole formed by removing the granular material surrounded, for example by the electrically insulating material. As described later, the structure may be formed by, for example, kneading an electrically insulating polymer and a granular material, applying and drying, and then eluting at least a part of the granular material. it can.

上記粒状物は、電気的に絶縁性の材料から除去されることにより、得られる構造体内に空孔を形成できるものであればよいが、例えば、周期表の第1族〜第15族から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含むものを用いることができる。
また上記構造体が活物質層内にある場合は、上記粒状物の一部を除去し、粒状物が除去されて生じた空隙部が本発明に係る構造体の空隙部となり、その他の残存した粒状物が活物質として機能するものであることが好ましい。この場合は、上記粒状物として、後述する活物質と同じものを用いることが好ましい。例えば、構造体を亜鉛負極に用いる場合は、上記粒状物は酸化亜鉛が好ましい。上記粒状物の形状、好ましい平均粒子径、比表面積、アスペクト比、これらの測定方法、構造体を形成するための組成物に対する配合割合は、それぞれ、後述する活物質の好ましい形状、平均粒子径、比表面積、アスペクト比、これらの測定方法、電池用電極組成物中の配合割合と同様である。このように、構造体を形成するための組成物は、電池用電極組成物を兼ねていてもよい。構造体を形成するための組成物のうち、活物質層と活物質層内の構造体とを形成できるものを、本明細書中、活物質層内の構造体を形成できる電極組成物ともいう。なお、活物質層内の構造体を形成できる電極組成物を用いて電極を形成する場合は、別途活物質層を形成するための電極組成物を用いなくてもよい。
The particulate matter may be any material that can form pores in the resulting structure by being removed from the electrically insulating material. For example, the particulate matter is selected from Group 1 to Group 15 of the periodic table. It is possible to use one containing at least one metal element.
Further, when the structure is in the active material layer, a part of the granular material is removed, and the void formed by removing the granular material becomes the void of the structure according to the present invention, and the other remaining It is preferable that the granular material functions as an active material. In this case, it is preferable to use the same granular material as the active material described later. For example, when the structure is used for a zinc negative electrode, the granular material is preferably zinc oxide. The shape of the granular material, preferred average particle diameter, specific surface area, aspect ratio, these measurement methods, the blending ratio to the composition for forming the structure, respectively, the preferred shape of the active material, the average particle diameter, It is the same as the specific surface area, aspect ratio, these measuring methods, and the compounding ratio in the battery electrode composition. Thus, the composition for forming the structure may also serve as the battery electrode composition. Among the compositions for forming the structure, those capable of forming the active material layer and the structure in the active material layer are also referred to as electrode compositions capable of forming the structure in the active material layer in this specification. . In addition, when forming an electrode using the electrode composition which can form the structure in an active material layer, it is not necessary to use the electrode composition for forming an active material layer separately.

また上記(1)において、構造体が多孔質状又は発泡性であり、当該孔又は泡が互いに連通して空隙部を構成するものもまた本発明の1つの好ましい形態である。 Further, in the above (1), the structure is porous or foamable, and the pores or bubbles communicate with each other to form a void portion is also one preferred form of the present invention.

上記(2)においては、電気的に絶縁性の材料が繊維を構成する。複数の繊維が絡み合って通常は網目構造を形成する。なお、複数の繊維は、同種の材料であってもよく、異種の材料であってもよい。上記(2)においては、上記電気的に絶縁性の材料から構成される構造体は、多孔質体が特に好ましく、多孔質状の不織布が一層好ましい。
上記繊維と活物質層とが重畳している領域を上から見たときに、繊維の網目構造部分から活物質層が露出している部分の面積が、当該領域100%に対し、70%以下であることが好ましい。より好ましくは、30%以下であり、更に好ましくは、10%以下であり、特に好ましくは、5%以下である。最も好ましくは、繊維の網目構造部分から活物質層が実質的に露出していないことである。
In (2) above, an electrically insulating material constitutes the fiber. A plurality of fibers are intertwined and usually form a network structure. Note that the plurality of fibers may be the same material or different materials. In the above (2), the structure composed of the electrically insulating material is particularly preferably a porous body, and more preferably a porous nonwoven fabric.
When the region where the fiber and the active material layer overlap is viewed from above, the area where the active material layer is exposed from the network structure portion of the fiber is 70% or less with respect to 100% of the region. It is preferable that More preferably, it is 30% or less, more preferably 10% or less, and particularly preferably 5% or less. Most preferably, the active material layer is not substantially exposed from the network structure portion of the fiber.

上記繊維の長さは、例えば10μm以上であることが好ましい。より好ましくは、100μm以上である。また、100mm以下であることが好ましい。より好ましくは、10mm以下である。
また上記繊維の径は、例えば0.1μm以上であることが好ましい。より好ましくは、1μm以上である。また、1000μm以下であることが好ましい。より好ましくは、500μm以下である。
The length of the fiber is preferably 10 μm or more, for example. More preferably, it is 100 μm or more. Moreover, it is preferable that it is 100 mm or less. More preferably, it is 10 mm or less.
Moreover, it is preferable that the diameter of the said fiber is 0.1 micrometer or more, for example. More preferably, it is 1 μm or more. Moreover, it is preferable that it is 1000 micrometers or less. More preferably, it is 500 μm or less.

上記(3)において、上記貫通孔のあるシートとしては、電気的に絶縁性の材料を必要に応じてシート状に成型したものを用いることができるが、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等がより好ましい。
なお、孔の位置が重ならないとは、シート主面を平面視したときに、一方の孔の周と他方の孔の周とが完全に一致しないものであればよく、例えば、一方の孔の一部と他方の孔の一部とが互いに重畳するものや、一方の孔が他方の孔の中に完全に含まれているものであってもよい。好ましくは、一方の孔の一部と他方の孔の一部とが互いに重畳するものである。
In the above (3), as the sheet having the through hole, an electrically insulating material formed into a sheet shape as necessary can be used. For example, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, etc. Is more preferable.
Note that the positions of the holes do not overlap as long as the circumference of one hole and the circumference of the other hole do not completely match when the sheet main surface is viewed in plan view. A part and a part of the other hole may overlap each other, or one hole may be completely included in the other hole. Preferably, a part of one hole and a part of the other hole overlap each other.

本発明における構造体は、電気的に絶縁性の材料から構成される。該電気的に絶縁性の材料としては、例えば電気的に絶縁性のポリマーが挙げられる。
上記ポリマーとしては、熱可塑性、熱硬化性のいずれであってもよく、ポリオレフィン等の炭化水素部位含有ポリマー、ポリスチレン等の芳香族基含有ポリマー;アルキレングリコール等のエーテル基含有ポリマー;ポリビニルアルコール等の水酸基含有ポリマー;ポリアミド、ポリアクリルアミド等のアミド結合含有ポリマー;ポリマレイミド等のイミド基含有ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸等のカルボキシル基含有ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸塩等のカルボン酸塩基含有ポリマー;スルホン酸塩部位含有ポリマー;第四級アンモニウム塩や第四級ホスホニウム塩含有ポリマー;イオン交換性重合体;天然ゴム;スチレンブタジエンゴム(SBR)等の人工ゴム;ヒドロキシアルキルセルロース(例えば、ヒドロキシエチルセルロース)、カルボキシメチルセルロース等の糖類;ポリエチレンイミン等のアミノ基含有ポリマー;ポリウレタン等が挙げられる。中でも、上記ポリマーは、芳香族基、カルボキシル基、カルボン酸塩基、水酸基、アミノ基、エーテル基、アミド結合(−CO−NH−)、及び、ウレタン基(−NHCOO)からなる群より選択される少なくとも1種を含有するか、又は、炭化水素であることが好ましい。また、カルボン酸塩基は、カルボン酸リチウム塩基、カルボン酸ナトリウム塩基、カルボン酸カリウム塩基が好ましい。より好ましくは、カルボン酸ナトリウム塩基である。上記炭化水素は、例えばポリオレフィンが挙げられる。中でも、上記ポリマーは、(i)絶縁物であること、(ii)物理的強度に優れること、(iii)後述するように電気的に絶縁性の材料に囲まれている粒状物を除去して空隙部を形成する場合は、当該粒状物と結着せず、粒状物を分離しやすいことの3点を総合的に考慮して適宜選択することが好ましく、このような観点からは、炭化水素部位含有ポリマー、芳香族基含有ポリマー、エーテル基含有ポリマー、アミド結合含有ポリマー、カルボキシル基含有ポリマー、カルボン酸塩基含有ポリマー、スルホン酸塩部位含有ポリマー、第四級アンモニウム塩や第四級ホスホニウム塩含有ポリマー、糖類、ポリウレタンが好ましい。より好ましくは、炭化水素、アミド結合含有ポリマー、ポリウレタンである。炭化水素としては、ポリオレフィンが更に好ましい。ポリウレタンとしては、発泡性ポリウレタンが更に好ましい。
なお、上記ポリマーは、熱や圧力等により繊維化された状態になってもよい。ポリマーの繊維化により、構造体の強度等を調節することもできる。
The structure in the present invention is made of an electrically insulating material. Examples of the electrically insulating material include an electrically insulating polymer.
The polymer may be either thermoplastic or thermosetting, and includes a hydrocarbon moiety-containing polymer such as polyolefin, an aromatic group-containing polymer such as polystyrene; an ether group-containing polymer such as alkylene glycol; a polyvinyl alcohol, etc. Hydroxyl group-containing polymers; Amide bond-containing polymers such as polyamide and polyacrylamide; Imide group-containing polymers such as polymaleimide; Carboxyl group-containing polymers such as poly (meth) acrylic acid; Carboxylic acid groups such as poly (meth) acrylates Polymer; sulfonate moiety-containing polymer; quaternary ammonium salt or quaternary phosphonium salt-containing polymer; ion-exchange polymer; natural rubber; artificial rubber such as styrene-butadiene rubber (SBR); hydroxyalkyl cellulose (for example, hydroxy Ethyl cell Amino group-containing polymers such as polyethyleneimine; over scan), sugars such as carboxymethyl cellulose and polyurethane. Among them, the polymer is selected from the group consisting of an aromatic group, a carboxyl group, a carboxylate group, a hydroxyl group, an amino group, an ether group, an amide bond (—CO—NH—), and a urethane group (—NHCOO). It is preferable to contain at least one kind or to be a hydrocarbon. The carboxylate base is preferably a lithium carboxylate base, a sodium carboxylate base, or a potassium carboxylate base. More preferably, it is a sodium carboxylate base. Examples of the hydrocarbon include polyolefin. Above all, the polymer is (i) an insulator, (ii) excellent in physical strength, (iii) removing particulate matter surrounded by an electrically insulating material as described later. In the case of forming a void, it is preferable to select appropriately considering comprehensively the three points that the particulate matter is not bound and is easy to separate the particulate matter. Containing polymer, aromatic group containing polymer, ether group containing polymer, amide bond containing polymer, carboxyl group containing polymer, carboxylate group containing polymer, sulfonate moiety containing polymer, quaternary ammonium salt or quaternary phosphonium salt containing polymer Saccharides and polyurethanes are preferred. More preferred are hydrocarbons, amide bond-containing polymers, and polyurethanes. As the hydrocarbon, polyolefin is more preferable. As the polyurethane, foamable polyurethane is more preferable.
Note that the polymer may be in a fiberized state by heat, pressure, or the like. The strength and the like of the structure can be adjusted by polymerizing the polymer.

上記ポリマーは、その構成単位に該当するモノマーより、ラジカル(共)重合、アニオン(共)重合、カチオン(共)重合、グラフト(共)重合、リビング(共)重合、分散(共)重合、乳化(共)重合、懸濁(共)重合、開環(共)重合、環化(共)重合、光、紫外線や電子線照射による重合、メタセシス(共)重合、電解(共)重合等により得ることができる。これらポリマーが官能基を有する場合には、それを主鎖及び/又は側鎖に有していても良く、それが架橋剤との結合部位として存在してもよい。これらポリマーは、1種を用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
上記ポリマーは、有機架橋剤化合物により架橋されていてもよい。ただし、架橋されたポリマーが吸水性を有する場合、構造体にクラックを生じることがあるため、架橋されたポリマーは吸水性を持たない方がよい。
The above polymers are radical (co) polymerization, anion (co) polymerization, cation (co) polymerization, graft (co) polymerization, living (co) polymerization, dispersion (co) polymerization, emulsification from monomers corresponding to the structural unit. Obtained by (co) polymerization, suspension (co) polymerization, ring-opening (co) polymerization, cyclization (co) polymerization, polymerization by irradiation with light, ultraviolet rays or electron beams, metathesis (co) polymerization, electrolytic (co) polymerization, etc. be able to. When these polymers have a functional group, they may be present in the main chain and / or side chain, and may exist as a binding site with a crosslinking agent. These polymers may be used alone or in combination of two or more.
The polymer may be crosslinked with an organic crosslinking agent compound. However, when the crosslinked polymer has water absorption, the structure may be cracked. Therefore, the crosslinked polymer should not have water absorption.

上記ポリマーの重量平均分子量は、200〜7000000であることが好ましい。これにより、アニオン伝導性材料のイオン伝導性、粘性、可とう性、強度等を調節することができる。該重量平均分子量は、より好ましくは、400〜6500000であり、更に好ましくは、500〜5000000である。
上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することができる。
The polymer preferably has a weight average molecular weight of 200 to 7000000. Thereby, the ion conductivity, viscosity, flexibility, strength, and the like of the anion conductive material can be adjusted. The weight average molecular weight is more preferably 400 to 6500000, and still more preferably 500 to 5000000.
The weight average molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC).

本発明の電池用電極は、活物質層を備える。該活物質層内に上述した構造体が含まれていてもよく、活物質層上に上記構造体が別途配置されていてもよい。
本発明の電池用電極は、活物質層内に、活物質粒子の他、ポリマーや導電助剤、その他の成分を更に含んでもよい。以下では、本発明の電池用電極の活物質層に含まれる、活物質粒子、結着剤、導電助剤、その他の成分について順に説明する。
The battery electrode of the present invention includes an active material layer. The structure described above may be included in the active material layer, and the structure may be separately disposed on the active material layer.
The battery electrode of the present invention may further contain a polymer, a conductive additive, and other components in addition to the active material particles in the active material layer. Below, the active material particle | grains, binder, conductive support agent, and other component which are contained in the active material layer of the battery electrode of this invention are demonstrated in order.

〔活物質粒子〕
本発明の電池用電極の活物質層に含まれる活物質粒子は、正極の活物質でもよく、負極の活物質でもよいが、負極の活物質が好ましい。
[Active material particles]
The active material particles contained in the active material layer of the battery electrode of the present invention may be a positive electrode active material or a negative electrode active material, but a negative electrode active material is preferred.

本発明の電池用電極が負極である場合は、上記負極の活物質としては、炭素種・リチウム種・ナトリウム種・マグネシウム種・カドミウム種・鉛種・亜鉛種・錫種・シリコン含有材料・水素吸蔵合金材料、白金等の貴金属材料等、電池の負極活物質として通常用いられるものを用いることができる。これらの中でも、本発明の電池用電極における上記活物質は、亜鉛種を含有することが好ましい。これにより、シェイプチェンジやデンドライトを抑制する本発明の効果が顕著なものになる。ここで亜鉛種とは、亜鉛含有化合物を言う。なお、上記亜鉛種は、亜鉛を含有する限り、電池の駆動によりそれ自体が反復的に酸化・還元されるものであってもよい。 When the battery electrode of the present invention is a negative electrode, the negative electrode active material includes carbon species, lithium species, sodium species, magnesium species, cadmium species, lead species, zinc species, tin species, silicon-containing materials, hydrogen A material normally used as a negative electrode active material of a battery, such as a storage alloy material or a noble metal material such as platinum, can be used. Among these, the active material in the battery electrode of the present invention preferably contains a zinc species. Thereby, the effect of the present invention which suppresses shape change and dendrite becomes remarkable. Here, the zinc species refers to a zinc-containing compound. The zinc species may be repeatedly oxidized and reduced by driving the battery as long as it contains zinc.

上記亜鉛含有化合物は、活物質として用いることができるものであればよく、例えば、酸化亜鉛(JIS K 1410(2006年)に規定する1種/2種/3種)や、水酸化亜鉛・硫化亜鉛・テトラヒドロキシ亜鉛アルカリ金属塩・テトラヒドロキシ亜鉛アルカリ土類金属塩・亜鉛ハロゲン化合物・亜鉛カルボキシラート化合物・亜鉛合金・亜鉛固溶体・ホウ酸亜鉛・リン酸亜鉛・リン酸水素亜鉛・ケイ酸亜鉛・アルミン酸亜鉛・炭酸化合物・炭酸水素化合物・硝酸化合物・硫酸化合物等に代表される周期表の第1族〜第17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する亜鉛(合金)化合物、有機亜鉛化合物、亜鉛化合物塩等が挙げられる。これらの中でも、酸化亜鉛(JIS K 1410(2006年)に規定する1種/2種/3種)、水酸化亜鉛、テトラヒドロキシ亜鉛アルカリ金属塩、テトラヒドロキシ亜鉛アルカリ土類金属塩、亜鉛ハロゲン化合物、亜鉛カルボキシラート化合物、亜鉛合金、亜鉛固溶体、ホウ酸亜鉛、リン酸亜鉛、ケイ酸亜鉛、アルミン酸亜鉛、炭酸亜鉛、周期表の第1族〜第17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する亜鉛(合金)化合物がより好ましい。上記亜鉛合金は、(アルカリ)乾電池や空気電池に使用される亜鉛合金であってもよい。上記亜鉛含有化合物は、1種でも2種以上でも使用することができる。 The zinc-containing compound is not particularly limited as long as it can be used as an active material. For example, zinc oxide (1 type / 2 types / 3 types specified in JIS K 1410 (2006)), zinc hydroxide and sulfide Zinc, tetrahydroxyzinc alkali metal salt, tetrahydroxyzinc alkaline earth metal salt, zinc halide, zinc carboxylate compound, zinc alloy, zinc solid solution, zinc borate, zinc phosphate, zinc hydrogen phosphate, zinc silicate, Zinc (alloy having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Group 1 to Group 17 of the periodic table represented by zinc aluminate, carbonate compound, hydrogen carbonate compound, nitrate compound, sulfate compound, etc. ) Compounds, organic zinc compounds, zinc compound salts and the like. Among these, zinc oxide (1 type / 2 types / 3 types specified in JIS K 1410 (2006)), zinc hydroxide, tetrahydroxyzinc alkali metal salt, tetrahydroxyzinc alkaline earth metal salt, zinc halogen compound , Zinc carboxylate compound, zinc alloy, zinc solid solution, zinc borate, zinc phosphate, zinc silicate, zinc aluminate, zinc carbonate, selected from the group consisting of elements belonging to groups 1 to 17 of the periodic table More preferred is a zinc (alloy) compound having at least one element. The zinc alloy may be a zinc alloy used in an (alkali) dry battery or an air battery. The zinc-containing compound can be used alone or in combination of two or more.

本発明の電池用電極が正極である場合は、上記正極の活物質としては、一次電池や二次電池の正極活物質として通常用いられるものを用いることができる。例えば、オキシ水酸化ニッケル、水酸化ニッケル、コバルト含有水酸化ニッケル等のニッケル含有化合物;二酸化マンガン等のマンガン含有化合物;酸化銀;コバルト酸リチウム等のリチウム含有化合物;鉄含有化合物;コバルト含有化合物等が挙げられる。 When the battery electrode of the present invention is a positive electrode, as the positive electrode active material, those normally used as the positive electrode active material of a primary battery or a secondary battery can be used. For example, nickel-containing compounds such as nickel oxyhydroxide, nickel hydroxide and cobalt-containing nickel hydroxide; manganese-containing compounds such as manganese dioxide; silver oxide; lithium-containing compounds such as lithium cobaltate; iron-containing compounds; Is mentioned.

上記活物質粒子の形状としては、微粉状、粉状、粒状、顆粒状、鱗片状、多面体状、ロッド状、曲面含有状等が挙げられる。活物質粒子は、一次粒子だけでなく、一次粒子が凝集した二次粒子であってもよい。 Examples of the shape of the active material particles include fine powder, powder, granule, granule, scale, polyhedron, rod, and curved surface. The active material particles may be not only primary particles but also secondary particles in which primary particles are aggregated.

本発明の電池用電極は、これを用いて蓄電池を作製した際に水含有電解液を使用した場合には、電池の使用の過程で水の分解副反応を進行させる場合があり、該副反応を抑制するために、特定の元素を活物質に導入してもよい。特定の元素としては、Al、B、Ba、Bi、Br、C、Ca、Cd、Ce、Cl、Cu、Eu、F、Ga、Hg、In、La、Mg、Mn、N、Nb、Nd、Ni、P、Pb、S、Sb、Sc、Si、Sm、Sn、Sr、Ti、Tl、Y、Zr等が挙げられる。
ここで、特定の元素を活物質に導入するとは、活物質を、これらの元素を構成元素とする化合物とすることを意味する。
In the battery electrode of the present invention, when a water-containing electrolytic solution is used when a storage battery is produced using the battery electrode, the decomposition reaction of water may proceed in the process of using the battery. In order to suppress this, a specific element may be introduced into the active material. Specific elements include Al, B, Ba, Bi, Br, C, Ca, Cd, Ce, Cl, Cu, Eu, F, Ga, Hg, In, La, Mg, Mn, N, Nb, Nd, Ni, P, Pb, S, Sb, Sc, Si, Sm, Sn, Sr, Ti, Tl, Y, Zr, etc. are mentioned.
Here, introducing a specific element into an active material means that the active material is a compound having these elements as constituent elements.

上記活物質粒子の平均粒子径は、5nm以上であることが好ましい。より好ましくは10nm以上であり、更に好ましくは50nm以上であり、一層好ましくは200nm以上であり、特に好ましくは500nm以上である。また、上記平均粒子径は、500μm以下であることが好ましい。より好ましくは、100μmであり、更に好ましくは、60μm以下であり、一層好ましくは、10μm以下であり、特に好ましくは、3μm以下である。
上記平均粒子径は、粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
The average particle diameter of the active material particles is preferably 5 nm or more. More preferably, it is 10 nm or more, More preferably, it is 50 nm or more, More preferably, it is 200 nm or more, Especially preferably, it is 500 nm or more. Moreover, it is preferable that the said average particle diameter is 500 micrometers or less. More preferably, it is 100 micrometers, More preferably, it is 60 micrometers or less, More preferably, it is 10 micrometers or less, Most preferably, it is 3 micrometers or less.
The average particle diameter can be measured using a particle size distribution measuring device.

上記活物質粒子の比表面積は、0.1m/g以上であることが好ましい。より好ましくは、1m/g以上である。また、1500m/g以下であることが好ましい。より好ましくは、1200m/g以下であり、更に好ましくは、900m/g以下であり、より更に好ましくは、250m/g以下であり、特に好ましくは、50m/g以下である。
活物質粒子の比表面積を上記範囲内とすることにより、電池の使用の過程で活物質のシェイプチェンジや不動態の形成を抑制することができる等の効果がある。
上記比表面積は、窒素吸着BET法で比表面積測定装置等により測定することができる。
なお、比表面積が上述のような範囲の粒子は、例えば、粒子をナノ粒子化したり、粒子製造の際の調製条件を選択することにより粒子表面に凹凸をつけたりすることにより製造することが可能である。
The specific surface area of the active material particles is preferably 0.1 m 2 / g or more. More preferably, it is 1 m 2 / g or more. Moreover, it is preferable that it is 1500 m < 2 > / g or less. More preferably, it is 1200 m < 2 > / g or less, More preferably, it is 900 m < 2 > / g or less, More preferably, it is 250 m < 2 > / g or less, Most preferably, it is 50 m < 2 > / g or less.
By setting the specific surface area of the active material particles within the above range, there is an effect that the shape change of the active material and the formation of passive state can be suppressed in the process of using the battery.
The specific surface area can be measured by a specific surface area measuring apparatus or the like by a nitrogen adsorption BET method.
The particles having a specific surface area as described above can be produced, for example, by making the particles into nanoparticles or by making the particle surface uneven by selecting the preparation conditions for particle production. is there.

上記活物質粒子は、アスペクト比(縦/横)が1.1以上であることが好ましい。該アスペクト比(縦/横)は、より好ましくは、2以上であり、更に好ましくは、3以上である。また、該アスペクト比(縦/横)は、100000以下であることが好ましい。該アスペクト比(縦/横)は、より好ましくは50000以下である。
上記アスペクト比(縦/横)は、例えば、SEMにより観察した粒子の形状から求めることができる。例えば、上記化合物の粒子が直方体状の場合は、最も長い辺を縦、2番目に長い辺を横として、縦の長さを横の長さで除することにより求めることができる。その他の形状の場合には、アスペクト比が最も大きくなるように、ある一つの部分を底面に置き、それをアスペクト比が最も大きくなるような方向から投影した時にできる二次元の形において、ある一点から最も離れた一点の長さを測定し、その最も長い辺を縦、縦の中心点を通る直線のうち最も長い辺を横として、縦の長さを横の長さで除することにより求めることができる。
なお、アスペクト比(縦/横)が上述のような範囲の化合物の粒子は、例えば、そのようなアスペクト比を有する粒子を選択する方法や、粒子を製造する段階で調製条件を最適化し、該粒子を選択的に得る方法等により得ることが可能である。
The active material particles preferably have an aspect ratio (vertical / horizontal) of 1.1 or more. The aspect ratio (vertical / horizontal) is more preferably 2 or more, and further preferably 3 or more. The aspect ratio (vertical / horizontal) is preferably 100,000 or less. The aspect ratio (vertical / horizontal) is more preferably 50000 or less.
The aspect ratio (vertical / horizontal) can be determined from, for example, the shape of particles observed by SEM. For example, when the particles of the compound are in the shape of a rectangular parallelepiped, the longest side can be obtained by dividing the vertical length by the horizontal length, with the longest side being vertical and the second longest side being horizontal. In the case of other shapes, a point is placed in the two-dimensional shape that is created when one part is placed on the bottom so that the aspect ratio is maximized and projected from the direction that maximizes the aspect ratio. Is measured by measuring the length of one point farthest from the vertical axis and dividing the vertical length by the horizontal length with the longest side as the vertical, the longest side of the straight line passing through the vertical center point as the horizontal. be able to.
The particles of the compound having an aspect ratio (vertical / horizontal) in the above-described range may be prepared, for example, by selecting a particle having such an aspect ratio or by optimizing the preparation conditions at the stage of manufacturing the particle. It can be obtained by a method of selectively obtaining particles.

上記活物質の活物質層中の配合割合は、上記構造体以外の活物質層100質量%に対して、40〜99.9質量%であることが好ましい。活物質の配合量がこのような範囲であると、本発明の電池用電極を電池に用いた場合に、より良好な電池性能を発揮する。より好ましくは、60〜99.5質量%であり、更に好ましくは、80〜99質量%であり、特に好ましくは85〜98質量%である。 The mixing ratio of the active material in the active material layer is preferably 40 to 99.9% by mass with respect to 100% by mass of the active material layer other than the structure. When the amount of the active material is in such a range, better battery performance is exhibited when the battery electrode of the present invention is used in a battery. More preferably, it is 60-99.5 mass%, More preferably, it is 80-99 mass%, Most preferably, it is 85-98 mass%.

〔結着剤〕
本発明の電池用電極の活物質層は、更に、結着剤を含むものであることが好ましい。
上記結着剤としては、種々の公知のものを用いることができるが、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のハロゲン含有ポリマーが好ましいものとして挙げられる。中でも、上記結着剤は、ポリテトラフルオロエチレンがより好ましい。なお、上記結着剤は、1種でも2種以上でも使用することができる。
[Binder]
The active material layer of the battery electrode of the present invention preferably further contains a binder.
Various known binders can be used as the binder, and halogen-containing polymers such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene are preferable. Among them, the binder is more preferably polytetrafluoroethylene. In addition, the said binder can be used by 1 type or 2 types or more.

上記結着剤の重量平均分子量は、200〜7000000であることが好ましい。これにより、活物質層のイオン伝導性、粘性、可とう性、強度等を調節することができる。該重量平均分子量は、より好ましくは、400〜6500000であり、更に好ましくは、500〜5000000である。
上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することができる。
The binder preferably has a weight average molecular weight of 200 to 7000000. Thereby, the ionic conductivity, viscosity, flexibility, strength, and the like of the active material layer can be adjusted. The weight average molecular weight is more preferably 400 to 6500000, and still more preferably 500 to 5000000.
The weight average molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC).

上記結着剤の活物質層中の質量割合は、上記構造体以外の活物質層100質量%に対して、0.1〜60質量%であることが好ましい。より好ましくは、0.5〜40質量%であり、更に好ましくは、1〜20質量%であり、特に好ましくは、2〜15質量%である。 The mass ratio of the binder in the active material layer is preferably 0.1 to 60% by mass with respect to 100% by mass of the active material layer other than the structure. More preferably, it is 0.5-40 mass%, More preferably, it is 1-20 mass%, Most preferably, it is 2-15 mass%.

〔導電助剤〕
本発明の電池用電極は、上記活物質粒子、結着剤とともに、導電助剤を含んでいてもよい。
上記導電助剤としては、例えば、導電性カーボン、導電性セラミックス、亜鉛・亜鉛末・亜鉛合金・(アルカリ)(蓄)乾電池や空気電池に使用される亜鉛(以下、纏めて金属亜鉛とも称する)、銅・真鍮・ニッケル・銀・ビスマス・インジウム・鉛・錫等の金属等を用いることができる。
[Conductive aid]
The battery electrode of the present invention may contain a conductive additive together with the active material particles and the binder.
Examples of the conductive assistant include conductive carbon, conductive ceramics, zinc / zinc powder / zinc alloy / (alkali) (storage) zinc used in dry batteries and air batteries (hereinafter also referred to as metal zinc). Further, metals such as copper, brass, nickel, silver, bismuth, indium, lead, and tin can be used.

上記導電性カーボンとしては、天然黒鉛・人造黒鉛等の黒鉛、グラッシーカーボン、アモルファス炭素、易黒鉛化炭素、難黒鉛化炭素、カーボンナノフォーム、活性炭、グラフェン、ナノグラフェン、グラフェンナノリボン、フラーレン、カーボンブラック、黒鉛化カーボンブラック、ケッチェンブラック、気相法炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、メソカーボンマイクロビーズ、金属によりコートしたカーボン、カーボンコートした金属、ファイバー状カーボン、ホウ素含有カーボン、窒素含有カーボン、多層/単層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、バルカン、アセチレンブラック、酸素含有官能基を導入することにより親水処理したカーボン、SiCコートカーボン、分散・乳化・懸濁・マイクロサスペンジョン重合等により表面処理したカーボン、マイクロカプセルカーボン等が挙げられる。 Examples of the conductive carbon include graphite such as natural graphite and artificial graphite, glassy carbon, amorphous carbon, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, carbon nanofoam, activated carbon, graphene, nanographene, graphene nanoribbon, fullerene, carbon black, Graphitized carbon black, ketjen black, vapor grown carbon fiber, pitch-based carbon fiber, mesocarbon microbead, carbon coated with metal, carbon coated metal, fibrous carbon, boron-containing carbon, nitrogen-containing carbon, multilayer / Single-walled carbon nanotubes, carbon nanohorns, Vulcan, acetylene black, carbon treated by introducing oxygen-containing functional groups, SiC-coated carbon, expressed by dispersion / emulsion / suspension / microsuspension polymerization, etc. Treated carbon, microcapsules carbon.

上記導電性セラミックスとしては、例えば、酸化亜鉛と共に焼成したBi、Co、Nb、及び、Yから選ばれる少なくとも1種を含有する化合物等が挙げられる。 Examples of the conductive ceramic include a compound containing at least one selected from Bi, Co, Nb, and Y fired with zinc oxide.

上記導電助剤の中でも、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛、易黒鉛化炭素、難黒鉛化炭素、グラフェン、カーボンブラック、黒鉛化カーボンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、メソカーボンマイクロビーズ、ファイバー状カーボン、多層/単層カーボンナノチューブ、バルカン、アセチレンブラック、酸素含有官能基を導入することにより親水処理したカーボン、金属亜鉛、銅・真鍮・ニッケル・銀・ビスマス・インジウム・鉛・錫等の金属が好ましい。なお、金属亜鉛はアルカリ(蓄)電池や空気電池のような実電池に使用されるものであってもよく、表面を他元素やカーボン等で処理されたものであってもよいし、合金化されていてもよい。固溶体であってもよい。上記導電助剤は、1種でも2種以上でも使用することができる。 Among the above conductive aids, graphite such as natural graphite and artificial graphite, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, graphene, carbon black, graphitized carbon black, ketjen black, vapor-grown carbon fiber, pitch-based carbon fiber , Mesocarbon microbeads, fibrous carbon, multi-walled / single-walled carbon nanotubes, Vulcan, acetylene black, carbon treated with hydrophilicity by introducing oxygen-containing functional groups, metallic zinc, copper, brass, nickel, silver, bismuth, indium -Metals such as lead and tin are preferred. In addition, the metal zinc may be used for an actual battery such as an alkaline (storage) battery or an air battery, or may have a surface treated with other elements or carbon, or may be alloyed. May be. It may be a solid solution. The said conductive support agent can be used by 1 type, or 2 or more types.

上記金属亜鉛は活物質としても働くことが可能である。言い換えれば、電池の使用の過程で、導電助剤である金属亜鉛は酸化還元反応をおこなって活物質としても機能する。なお、同様に、電池の使用の過程で、活物質である亜鉛含有化合物から生成する金属亜鉛は導電助剤としても機能する。負極等の電極の調製段階で電池用電極組成物に添加する金属亜鉛及び亜鉛含有化合物は、電池の使用の過程では、活物質かつ導電助剤として実質的に機能する。 The metallic zinc can also act as an active material. In other words, in the process of using the battery, metallic zinc, which is a conductive additive, performs a redox reaction and functions as an active material. Similarly, in the process of using the battery, metallic zinc produced from a zinc-containing compound as an active material also functions as a conductive additive. The zinc metal and zinc-containing compound added to the battery electrode composition in the preparation stage of an electrode such as a negative electrode substantially function as an active material and a conductive additive in the process of using the battery.

上記導電助剤は、これを用いて蓄電池を作製した際に水含有電解液を使用した場合には、電池の使用の過程で水の分解副反応を進行させる場合があり、該副反応を抑制するために、特定の元素を導電助剤に導入してもよい。特定の元素としては、上述した活物質に導入する特定の元素と同様のものが挙げられる。導電性カーボンを導電助剤の一つとして使用する場合には、特定の元素としては、Al、B、Ba、Bi、C、Ca、Cd、Ce、Cu、F、Ga、In、La、Mg、Mn、N、Nb、Nd、Ni、P、Pb、S、Sb、Sc、Si、Sn、Ti、Tl、Y、Zrが好ましい。
ここで、特定の元素を導電助剤に導入するとは、導電助剤を、これらの元素を構成元素とする化合物とすることを意味する。
In the case of using a water-containing electrolyte when producing a storage battery using this conductive auxiliary agent, there may be a case where a side reaction of water proceeds in the process of using the battery, and this side reaction is suppressed. In order to do this, a specific element may be introduced into the conductive additive. Examples of the specific element include the same elements as the specific element introduced into the active material described above. When conductive carbon is used as one of the conductive assistants, specific elements include Al, B, Ba, Bi, C, Ca, Cd, Ce, Cu, F, Ga, In, La, and Mg. Mn, N, Nb, Nd, Ni, P, Pb, S, Sb, Sc, Si, Sn, Ti, Tl, Y, Zr are preferable.
Here, the introduction of a specific element into a conductive assistant means that the conductive assistant is a compound having these elements as constituent elements.

上記導電助剤の粒子の好ましい平均粒子径は、上記した活物質粒子の好ましい平均粒子径と同様である。
なお、上記平均粒子径は、上記した活物質粒子の平均粒子径と同様の方法で測定することができる。
The preferable average particle diameter of the conductive auxiliary agent particles is the same as the preferable average particle diameter of the active material particles described above.
The average particle diameter can be measured by the same method as the average particle diameter of the active material particles described above.

上記導電助剤の好ましい比表面積は、上記した活物質粒子の好ましい比表面積と同様である。導電助剤の比表面積を上記範囲内とすることにより、電池の使用の過程で電極のシェイプチェンジや不動態の形成を抑制することができる等の効果がある。
なお、上記比表面積は、上記活物質粒子の比表面積と同様の方法で測定することができる。
The preferred specific surface area of the conductive auxiliary agent is the same as the preferred specific surface area of the active material particles described above. By setting the specific surface area of the conductive additive within the above range, there is an effect that the shape change of the electrode and the formation of passive state can be suppressed in the process of using the battery.
The specific surface area can be measured by the same method as the specific surface area of the active material particles.

本発明の電池用電極が導電助剤を含む場合は、上記導電助剤の活物質層中の含有割合は、本発明の活物質層中の活物質100質量%に対して、0.0001〜100質量%であることが好ましい。導電助剤の含有割合がこのような範囲であると、本発明の電池用電極を電池に用いた場合に、より良好な電池性能を発揮する。より好ましくは、0.0005〜60質量%であり、更に好ましくは、0.001〜40質量%である。
なお、金属亜鉛を電池用電極組成物や亜鉛負極の調製時に使用する場合には、金属亜鉛は活物質ではなく、導電助剤として考えて計算する。また、亜鉛含有化合物である酸化亜鉛や水酸化亜鉛等から電池の使用の過程で生成する金属亜鉛は、系中で導電助剤としての機能も果たすことになるが、電池用電極組成物や亜鉛負極調製時には0価の金属亜鉛ではないため、ここでは導電助剤と考えず、活物質と考えて計算する。すなわち、上記活物質、導電助剤の好ましい含有割合は、電池用電極組成物や亜鉛負極の調製時における亜鉛含有化合物は活物質として考え、金属亜鉛は導電助剤として考えて計算する。
When the battery electrode of the present invention contains a conductive additive, the content of the conductive additive in the active material layer is 0.0001 to 100% by mass of the active material in the active material layer of the present invention. It is preferable that it is 100 mass%. When the content ratio of the conductive assistant is within such a range, better battery performance is exhibited when the battery electrode of the present invention is used in a battery. More preferably, it is 0.0005-60 mass%, More preferably, it is 0.001-40 mass%.
In addition, when using metal zinc at the time of preparation of a battery electrode composition or a zinc negative electrode, metal zinc is calculated not considering an active material but as a conductive additive. In addition, zinc metal produced in the process of battery use, such as zinc oxide or zinc hydroxide, which is a zinc-containing compound, will also function as a conductive aid in the system. Since it is not zero-valent metal zinc at the time of preparing the negative electrode, the calculation is performed assuming that it is an active material, not a conductive auxiliary agent. That is, the preferable content ratio of the active material and the conductive auxiliary agent is calculated by considering the zinc-containing compound at the time of preparing the battery electrode composition and the zinc negative electrode as the active material and the metallic zinc as the conductive auxiliary agent.

〔その他の成分〕
本発明の電池用電極の活物質層は、更に、周期表の第1族〜第17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物、有機化合物、及び、有機化合物塩からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。上記その他の成分は、上記活物質、上記導電助剤、上記結着剤とは異なる化合物である。
[Other ingredients]
The active material layer of the battery electrode of the present invention further includes a compound, an organic compound, and an organic compound salt having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Group 1 to Group 17 of the periodic table It may contain at least one selected from the group consisting of The other components are compounds different from the active material, the conductive auxiliary agent, and the binder.

本発明の電池用電極の活物質層が上記その他の成分を含む場合は、上記その他の成分の質量割合は、本発明に係る上記構造体以外の活物質層100質量%に対して、0.001質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、0.01質量%以上であり、更に好ましくは、0.05質量%以上である。また、30質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、20質量%以下であり、更に好ましくは、10質量%以下である。本発明に係る活物質層は、その他の成分を全く含まなくてもよい。 When the active material layer of the battery electrode of the present invention contains the other components, the mass ratio of the other components is 0. 0% with respect to 100% by mass of the active material layer other than the structure according to the present invention. It is preferable that it is 001 mass% or more. More preferably, it is 0.01 mass% or more, More preferably, it is 0.05 mass% or more. Moreover, it is preferable that it is 30 mass% or less. More preferably, it is 20 mass% or less, More preferably, it is 10 mass% or less. The active material layer according to the present invention may not contain any other components.

本発明に係る構造体と、該構造体以外の活物質層との質量割合は、1/1〜1000であることが好ましい。より好ましくは、1/2〜500であり、更に好ましくは、1/5〜200であり、特に好ましくは、1/10〜80である。 The mass ratio of the structure according to the present invention and the active material layer other than the structure is preferably 1/1 to 1000. More preferably, it is 1 / 2-500, More preferably, it is 1-5-200, Most preferably, it is 1-10-80.

本発明の電池用電極は、更に、集電体を備える。
本発明の電池用電極を構成するのに用いる集電体としては、(電解)銅箔、銅メッシュ(エキスパンドメタル)、発泡銅、パンチング銅、真鍮等の銅合金、真鍮箔、真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)、発泡真鍮、パンチング真鍮、ニッケル箔、耐食性ニッケル、ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)、パンチングニッケル、金属亜鉛、耐食性金属亜鉛、亜鉛箔、亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)、(パンチング)鋼板、導電性を付与した不織布;Ni・Zn・Sn・Pb・Hg・Bi・In・Tl・真鍮等を添加した(電解)銅箔・銅メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡銅・パンチング銅・真鍮等の銅合金・真鍮箔・真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡真鍮・パンチング真鍮・ニッケル箔・耐食性ニッケル・ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)・パンチングニッケル・金属亜鉛・耐食性金属亜鉛・亜鉛箔・亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)・(パンチング)鋼板・不織布;Ni・Zn・Sn・Pb・Hg・Bi・In・Tl・真鍮等によりメッキされた(電解)銅箔・銅メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡銅・パンチング銅・真鍮等の銅合金・真鍮箔・真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡真鍮・パンチング真鍮・ニッケル箔・耐食性ニッケル・ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)・パンチングニッケル・金属亜鉛・耐食性金属亜鉛・亜鉛箔・亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)・(パンチング)鋼板・不織布;銀;アルカリ(蓄)電池や空気亜鉛電池に集電体や容器として使用される材料等が挙げられる。
The battery electrode of the present invention further includes a current collector.
Current collectors used for constituting the battery electrode of the present invention include (electrolytic) copper foil, copper mesh (expanded metal), copper alloy such as foamed copper, punched copper, brass, brass foil, brass mesh (expanded) Metal), foamed brass, punched brass, nickel foil, corrosion resistant nickel, nickel mesh (expanded metal), punched nickel, metal zinc, corrosion resistant metal zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, conductive Non-woven fabric: Ni / Zn / Sn / Pb / Hg / Bi / In / Tl / Brass (electrolytic) copper foil / copper mesh (expanded metal) / foamed copper / punched copper / brass and other copper alloys / Brass foil, brass mesh (expanded metal), foamed brass, punched brass, nickel foil, corrosion-resistant nickel, nickel Mesh (expanded metal), punched nickel, metallic zinc, corrosion-resistant metal zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, non-woven fabric; Ni, Zn, Sn, Pb, Hg, Bi, In, Tl, brass (Electrolytic) copper foil, copper mesh (expanded metal), foamed copper, punched copper, copper alloys such as brass, brass foil, brass mesh (expanded metal), foamed brass, punched brass, nickel foil, corrosion resistance Nickel, nickel mesh (expanded metal), punched nickel, metal zinc, corrosion-resistant metal zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, non-woven fabric, silver, alkaline (storage) battery, and air zinc battery Examples include materials used as bodies and containers.

本発明の電池用電極の厚さは、電池構成や集電体からの活物質の剥離抑制等の点から1nm以上、10000μm以下であることが好ましい。より好ましくは、10nm以上であり、更に好ましくは、20nm以上である。また、より好ましくは、1500μm以下であり、更に好ましくは、1000μm以下である。
電極の厚さは、マイクロメーター、段差計や輪郭形状測定器等により測定することができる。
The thickness of the battery electrode of the present invention is preferably 1 nm or more and 10,000 μm or less from the viewpoint of the battery configuration, suppression of peeling of the active material from the current collector, and the like. More preferably, it is 10 nm or more, More preferably, it is 20 nm or more. More preferably, it is 1500 micrometers or less, More preferably, it is 1000 micrometers or less.
The thickness of the electrode can be measured by a micrometer, a step meter, a contour shape measuring instrument, or the like.

本発明の電池用電極は、上述した以外に、電極に用いられる保護部材等の一般的な部材を更に含んで構成されるものであってもよい。 In addition to the above, the battery electrode of the present invention may further include a general member such as a protective member used for the electrode.

本発明の電池用電極は、後述する本発明の電池用電極の調製方法により得られるものであることが好ましい。中でも、後述する本発明の電池用電極の調製方法の好ましい方法により得られるものであることが特に好ましい。 The battery electrode of the present invention is preferably obtained by the method for preparing the battery electrode of the present invention described later. Especially, it is especially preferable that it is what is obtained by the preferable method of the preparation method of the battery electrode of this invention mentioned later.

〔本発明の電池用電極の調製方法〕
本発明の電池用電極の調製方法を以下に説明する。
本発明の電池用電極は、公知の種々の方法により調製することができるが、電極の活物質層と、該活物質層内の構造体とを形成する方法と、電極の活物質層と、該活物質層上の構造体とを形成する方法の具体例についてそれぞれ以下に説明する。
[Method for Preparing Battery Electrode of the Present Invention]
The method for preparing the battery electrode of the present invention will be described below.
The battery electrode of the present invention can be prepared by various known methods, including a method for forming an electrode active material layer and a structure in the active material layer, an electrode active material layer, Specific examples of the method for forming the structure on the active material layer will be described below.

(電極の活物質層と、該活物質層内の構造体とを形成する方法)
本発明の電池用電極の活物質層と、該活物質層内の構造体とを形成する方法としては、例えば、上述した活物質層内の構造体を形成できる電極組成物を集電体に塗工・圧着・接着・圧電・圧延・延伸・溶融等し、その後、電極活物質の一部を除去することにより調製する次のような方法が挙げられる。なお、この方法は、通常は構造体として空隙部がランダムに連通した構造体を形成するための方法である。
(Method for forming an active material layer of an electrode and a structure in the active material layer)
As a method for forming the active material layer of the battery electrode of the present invention and the structure in the active material layer, for example, an electrode composition capable of forming the structure in the active material layer described above is used as a current collector. Examples include the following method of preparing by coating, pressing, bonding, piezoelectric, rolling, stretching, melting, etc., and then removing a part of the electrode active material. In addition, this method is a method for forming the structure body which the space | gap part connected at random as a structure body normally.

上記活物質層内の構造体を形成できる電極組成物は、上記活物質粒子と、電気的に絶縁性の材料と、必要に応じて結着剤や、導電助剤、その他の成分を混合して調製することができる。混合には、ミキサー、ブレンダー、ニーダー、ビーズミル、レディミル、ボールミル等を使用することができる。混合の際、水や、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ヘキサノール、テトラヒドロフラン、N−メチルピロリドン等の有機溶剤、又は、水と有機溶剤との混合溶剤を加えてもよい。混合の前後に、活物質粒子や空隙部分を所望の径に揃えるために、上記活物質粒子をふるいにかける等の操作を行ってもよく、造粒を行ってもよい。混合は、固体成分に水や有機溶剤等の液体成分を加えて行う湿式法、又は、液体成分を加えずに固体成分のみで行う乾式法のいずれの方法で行ってもよい。混合を湿式法で行った場合は、混合した後、乾燥により水や有機溶剤等の液体成分を除去してもよい。混合は、湿式法と乾式法を組み合わせて行うこともできる。混合の際に加圧・減圧を行ってもよいし、温度をかけてもよい。 The electrode composition capable of forming a structure in the active material layer is a mixture of the active material particles, an electrically insulating material, and a binder, a conductive additive, and other components as necessary. Can be prepared. For mixing, a mixer, blender, kneader, bead mill, ready mill, ball mill, or the like can be used. In mixing, water, an organic solvent such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, hexanol, tetrahydrofuran, N-methylpyrrolidone, or a mixed solvent of water and an organic solvent may be added. Before and after mixing, an operation such as sieving the active material particles or granulation may be performed in order to make the active material particles and voids have a desired diameter. Mixing may be performed by either a wet method in which a liquid component such as water or an organic solvent is added to the solid component, or a dry method in which only the solid component is added without adding the liquid component. When mixing is performed by a wet method, after mixing, liquid components such as water and organic solvent may be removed by drying. Mixing can also be performed by combining a wet method and a dry method. During mixing, pressurization / decompression may be performed, or temperature may be applied.

上述した調製方法により、上記活物質層内の構造体を形成できる電極組成物を、スラリー又はペースト混合物として得る。次に、得られたスラリー又はペースト混合物を、集電体上に、できる限り膜厚が一定になるように塗工、圧着、接着、圧電、圧延、延伸、溶融等する。これらは、層状であってもよいし、非層状であってもよい。 By the preparation method described above, an electrode composition capable of forming a structure in the active material layer is obtained as a slurry or a paste mixture. Next, the obtained slurry or paste mixture is coated, pressure-bonded, bonded, piezoelectric, rolled, stretched, melted, etc. on the current collector so that the film thickness is as constant as possible. These may be layered or non-layered.

上記スラリー又はペースト混合物は、集電体の片面に塗工、圧着、接着、圧電、圧延、延伸、溶融等してもよいし、集電体の両面・全面に塗工、圧着、接着、圧電、圧延、延伸、溶融等してもよい。塗工・圧着・接着・圧電・圧延・延伸・溶融中、及び/又は、塗工・圧着・接着・圧電・圧延・延伸・溶融後、0〜400℃で乾燥する。乾燥温度としてより好ましくは、15〜380℃である。乾燥は真空乾燥や減圧乾燥で行ってもよい。乾燥時間は、5分間〜48時間であることが好ましい。塗工と乾燥の工程を繰り返し行ってもよい。また、上記スラリー又はペースト混合物の乾燥後にロールプレス機等により常圧〜20tの圧力で、ロールプレス機等によりプレスを行うことが好ましい。プレスする圧力としてより好ましくは、常圧〜15tの圧力である。プレス時に、10〜500℃の温度をかけてもよい。また、プレス工程は1回であってもよいし、複数回であってもよい。プレスを行う際に、活物質同士、活物質と結着剤、結着剤同士、活物質と集電体等の密着性を向上させ、また、構造体の厚み、強度、可とう性等を調節することも可能である。 The slurry or paste mixture may be applied to one side of the current collector, pressure-bonded, bonded, piezoelectric, rolled, stretched, melted, etc., or coated, pressure-bonded, bonded, piezoelectrically applied to both sides and the entire surface of the current collector. , Rolling, stretching, melting, etc. It is dried at 0 to 400 ° C. during coating / crimping / adhesion / piezoelectric / rolling / stretching / melting and / or after coating / crimping / adhesion / piezoelectricity / rolling / stretching / melting. More preferably, it is 15-380 degreeC as drying temperature. Drying may be performed by vacuum drying or reduced pressure drying. The drying time is preferably 5 minutes to 48 hours. You may repeat the process of coating and drying. Moreover, it is preferable to perform a press with a roll press machine etc. by the pressure of normal pressure-20t with a roll press machine etc. after drying of the said slurry or paste mixture. The pressure for pressing is more preferably a pressure of normal pressure to 15 t. You may apply the temperature of 10-500 degreeC at the time of a press. The pressing process may be performed once or a plurality of times. When performing pressing, it improves the adhesion between active materials, active materials and binders, binders, active materials and current collectors, etc., and also improves the thickness, strength, flexibility, etc. of the structure. It is also possible to adjust.

上記スラリー又はペースト混合物の乾燥後、上記活物質粒子等の粒状物のうち電気的に絶縁性の材料に囲まれているものの少なくとも一部を除去して活物質層内に本発明に係る構造体を形成することができる。例えば、一旦集電体、及び、上記スラリー又はペースト混合物の乾燥物からなる電極前駆体と、電解液とを備える電池前駆体を作製し、当該電池前駆体において充放電を繰り返し行って活物質粒子等の粒状物のうち電気的に絶縁性の材料に囲まれているものの少なくとも一部を溶出させ、これにより本発明に係る空隙部がある構造体を有する電極を完成することができる。 After drying the slurry or paste mixture, at least a part of the granular material such as the active material particles surrounded by the electrically insulating material is removed, and the structure according to the present invention is formed in the active material layer. Can be formed. For example, a battery precursor comprising a current collector and an electrode precursor composed of a dried product of the slurry or paste mixture and an electrolyte is prepared, and active material particles are repeatedly charged and discharged in the battery precursor. At least a part of the particulate matter surrounded by the electrically insulating material is eluted, whereby an electrode having a structure with a void portion according to the present invention can be completed.

上述した電極の活物質層と、該活物質層内の構造体とを形成する方法において、上記活物質粒子の質量割合は、上記活物質層内の構造体を形成できる電極組成物100質量%に対して、40質量%以上であることが好ましい。活物質の配合量がこのような範囲であると、本発明の電池用電極を電池に用いた場合に、より良好な電池性能を発揮することができる。より好ましくは、60質量%以上であり、更に好ましくは、80質量%以上であり、特に好ましくは94質量%以上である。また、99.9質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、99.5質量%以下であり、更に好ましくは、99質量%以下であり、特に好ましくは、98質量%以下である。 In the method for forming the active material layer of the electrode and the structure in the active material layer described above, the mass ratio of the active material particles is 100% by mass of the electrode composition capable of forming the structure in the active material layer. It is preferable that it is 40 mass% or more. When the amount of the active material is in such a range, better battery performance can be exhibited when the battery electrode of the present invention is used in a battery. More preferably, it is 60 mass% or more, More preferably, it is 80 mass% or more, Most preferably, it is 94 mass% or more. Moreover, it is preferable that it is 99.9 mass% or less. More preferably, it is 99.5 mass% or less, More preferably, it is 99 mass% or less, Most preferably, it is 98 mass% or less.

上記電気的に絶縁性の材料の質量割合は、上記活物質層内の構造体を形成できる電極組成物100質量%に対して、0.025質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、0.125質量%以上であり、更に好ましくは、0.25質量%以上であり、特に好ましくは、0.5質量%以上である。また、15質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、10質量%以下であり、更に好ましくは、5質量%以下であり、特に好ましくは、1.5質量%以下である。 The mass ratio of the electrically insulating material is preferably 0.025% by mass or more with respect to 100% by mass of the electrode composition capable of forming the structure in the active material layer. More preferably, it is 0.125 mass% or more, More preferably, it is 0.25 mass% or more, Most preferably, it is 0.5 mass% or more. Moreover, it is preferable that it is 15 mass% or less. More preferably, it is 10 mass% or less, More preferably, it is 5 mass% or less, Most preferably, it is 1.5 mass% or less.

上記結着剤の質量割合は、上記活物質層内の構造体を形成できる電極組成物100質量%に対して、0.075質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、0.375質量%以上であり、更に好ましくは、0.75質量%以上であり、特に好ましくは1.5質量%以上である。また、45質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、30質量%以下であり、更に好ましくは、15質量%以下であり、特に好ましくは、4.5質量%以下である。 The mass ratio of the binder is preferably 0.075% by mass or more with respect to 100% by mass of the electrode composition that can form the structure in the active material layer. More preferably, it is 0.375 mass% or more, More preferably, it is 0.75 mass% or more, Most preferably, it is 1.5 mass% or more. Moreover, it is preferable that it is 45 mass% or less. More preferably, it is 30 mass% or less, More preferably, it is 15 mass% or less, Most preferably, it is 4.5 mass% or less.

(電極の活物質層と、該活物質層上の構造体とを形成する方法)
本発明の電池用電極の活物質層と、該活物質層上の構造体とを形成する方法としては、例えば、電池用電極組成物を不織布等の複数の繊維を絡めて構成されたシートに塗工・圧着・接着・圧電・圧延・延伸・溶融等し、上記活物質層を集電体上に塗工・圧着・接着・圧電・圧延・延伸・溶融等することにより調製する次のような方法が挙げられる。
(Method of forming an active material layer of an electrode and a structure on the active material layer)
As a method for forming the active material layer of the battery electrode of the present invention and the structure on the active material layer, for example, the battery electrode composition is formed on a sheet composed of a plurality of fibers such as nonwoven fabric. Prepare by coating, crimping, bonding, piezoelectric, rolling, stretching, melting, etc., and applying the above active material layer on the current collector by coating, crimping, bonding, piezoelectric, rolling, stretching, melting, etc. The method is mentioned.

上記活物質層を調製するのに用いられる電池用電極組成物は、活物質粒子と共に、必要に応じて、結着剤や、導電助剤、その他の成分を混合して調製することができる。好ましい混合方法は、上述した活物質層内の構造体を形成できる電極組成物を調製する際の好ましい混合方法と同様である。 The battery electrode composition used to prepare the active material layer can be prepared by mixing a binder, a conductive additive, and other components as necessary together with the active material particles. A preferable mixing method is the same as the preferable mixing method in preparing the electrode composition capable of forming the structure in the active material layer described above.

上述した調製方法により、上記電池用電極組成物を、スラリー又はペースト混合物として得る。次に、得られたスラリー又はペースト混合物を、不織布等の複数の繊維を絡めて構成されたシート上に、できる限り膜厚が一定になるように塗工、圧着、接着、圧電、圧延、延伸、溶融等する。これらは、層状であってもよいし、非層状であってもよい。 By the preparation method described above, the battery electrode composition is obtained as a slurry or a paste mixture. Next, the obtained slurry or paste mixture is coated, pressure-bonded, bonded, piezoelectric, rolled, stretched on a sheet composed of a plurality of fibers such as nonwoven fabric so that the film thickness is as constant as possible. Melting. These may be layered or non-layered.

上記スラリー又はペースト混合物は、上記シートの片面に塗工、圧着、接着、圧電、圧延、延伸、溶融等してもよいし、両面・全面に塗工、圧着、接着、圧電、圧延、延伸、溶融等してもよい。
なお、上記スラリー又はペースト混合物を上記シートに塗工、圧着、接着、圧電、圧延、延伸、溶融等する際の該スラリー又はペースト混合物の厚みは、例えば10μm以上であることが好ましく、80μm以上であることがより好ましく、160μm以上であることが更に好ましい。また、該スラリー又はペースト混合物の厚みは、1000μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、300μm以下であることがさらに好ましい。
また上記スラリー又はペースト混合物を上記シートに塗工、圧着、接着、圧電、圧延、延伸、溶融等する際の該シートの厚みは、例えば5μm以上であることが好ましく、40μm以上であることがより好ましく、80μm以上であることが更に好ましい。また、該シートの厚みは、500μm以下であることが好ましく、250μm以下であることがより好ましく、150μm以下であることがさらに好ましい。
上記スラリー又はペースト混合物の厚みと、上記シートの厚みを上記範囲内に設定することで、本発明の効果が好適に得られる。
The slurry or paste mixture may be coated, pressed, bonded, piezoelectric, rolled, stretched, melted, etc. on one side of the sheet, or coated, pressed, bonded, piezoelectric, rolled, stretched on both sides and the entire surface, It may be melted.
The thickness of the slurry or paste mixture when the slurry or paste mixture is applied to the sheet, pressure bonded, bonded, piezoelectric, rolled, stretched, melted, etc. is preferably 10 μm or more, for example, 80 μm or more. More preferably, it is 160 μm or more. The thickness of the slurry or paste mixture is preferably 1000 μm or less, more preferably 500 μm or less, and further preferably 300 μm or less.
The thickness of the sheet when the slurry or paste mixture is applied to the sheet, pressure bonded, bonded, piezoelectric, rolled, stretched, melted, etc. is preferably 5 μm or more, and more preferably 40 μm or more. Preferably, it is 80 μm or more. Further, the thickness of the sheet is preferably 500 μm or less, more preferably 250 μm or less, and further preferably 150 μm or less.
By setting the thickness of the slurry or paste mixture and the thickness of the sheet within the above ranges, the effects of the present invention can be suitably obtained.

更に、上記スラリー又はペースト混合物の上記シートが貼り付けられていない面を、集電体に塗工、圧着、接着、圧電、圧延、延伸、溶融等してもよい。その際の好ましい温度条件・圧力条件等の条件は、上述した活物質層内の構造体を形成できる電極組成物を用いて活物質層と該活物質層内の構造体とを形成する場合の好ましい条件と同様である。また、上記スラリー又はペースト混合物の上記シートが貼り付けられた面を、電池を組む際の物理的応力により集電体と接触させてもよい。 Further, the surface of the slurry or paste mixture on which the sheet is not attached may be applied to the current collector, pressure bonded, bonded, piezoelectric, rolled, stretched, melted, or the like. In this case, preferable temperature conditions, pressure conditions, and the like are those in the case where the active material layer and the structure in the active material layer are formed using the electrode composition capable of forming the structure in the active material layer described above. It is the same as that of preferable conditions. Moreover, you may make the surface where the said sheet | seat of the said slurry or paste mixture was affixed with a collector with the physical stress at the time of assembling a battery.

上記スラリー又はペースト混合物の乾燥後、本発明に係る電池用電極を形成することができる。なお、一旦集電体、スラリー又はペースト混合物の乾燥物、及び、シートからなる電極と、電解液とを備える電池を作製し、当該電池において充放電を繰り返し行うと、活物質層中の活物質粒子由来のイオンがシートの空隙部内で過飽和状態となり、活物質がシートの内部で再析出するように制御できると考えられる。またこのようにシートに活物質が入り込んでシート層が活物質層の一部又は全部となることにより、構造体の内部で析出した活物質粒子由来のイオンが集電体側から電極表面に向けて直進するのを阻害することができ、これによっても本発明の効果が好適に得られる。
なお、このように活物質粒子がシート内に導入された場合、該シートが活物質層の機能を持つため、本明細書中、これを「活物質層」とも言う。
After drying the slurry or paste mixture, the battery electrode according to the present invention can be formed. In addition, once a battery including a current collector, a dried product of a slurry or a paste mixture, an electrode made of a sheet, and an electrolytic solution is prepared, and charging and discharging are repeated in the battery, the active material in the active material layer It can be controlled that the ions derived from the particles are supersaturated in the voids of the sheet and the active material is reprecipitated inside the sheet. In addition, the active material enters the sheet and the sheet layer becomes a part or all of the active material layer, so that ions derived from the active material particles precipitated inside the structure are directed from the collector side toward the electrode surface. It is possible to prevent the vehicle from going straight, and the effect of the present invention can be suitably obtained.
In addition, when the active material particles are introduced into the sheet in this way, the sheet has a function of an active material layer. Therefore, this is also referred to as an “active material layer” in the present specification.

上述した電極の活物質層と、該活物質層上の構造体とを形成する方法において、上記活物質粒子の質量割合は、上記活物質層を調製するのに用いられる電池用電極組成物100質量%に対して、70質量%以上であることが好ましい。活物質の配合量がこのような範囲であると、本発明の電池用電極を電池に用いた場合に、より良好な電池性能を発揮することができる。より好ましくは、80質量%以上であり、更に好ましくは、90質量%以上であり、特に好ましくは94質量%以上である。また、99.9質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、99.5質量%以下であり、更に好ましくは、99質量%以下であり、特に好ましくは、98質量%以下である。 In the above-described method for forming the electrode active material layer and the structure on the active material layer, the mass ratio of the active material particles is determined by the battery electrode composition 100 used to prepare the active material layer. It is preferable that it is 70 mass% or more with respect to mass%. When the amount of the active material is in such a range, better battery performance can be exhibited when the battery electrode of the present invention is used in a battery. More preferably, it is 80 mass% or more, More preferably, it is 90 mass% or more, Most preferably, it is 94 mass% or more. Moreover, it is preferable that it is 99.9 mass% or less. More preferably, it is 99.5 mass% or less, More preferably, it is 99 mass% or less, Most preferably, it is 98 mass% or less.

上記結着剤の質量割合は、上記活物質層を調製するのに用いられる電池用電極組成物100質量%に対して、0.1質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、0.5質量%以上であり、更に好ましくは、1質量%以上であり、特に好ましくは2質量%以上である。また、30質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、20質量%以下であり、更に好ましくは、10質量%以下であり、特に好ましくは、6質量%以下である。 The mass ratio of the binder is preferably 0.1% by mass or more with respect to 100% by mass of the battery electrode composition used for preparing the active material layer. More preferably, it is 0.5 mass% or more, More preferably, it is 1 mass% or more, Most preferably, it is 2 mass% or more. Moreover, it is preferable that it is 30 mass% or less. More preferably, it is 20 mass% or less, More preferably, it is 10 mass% or less, Most preferably, it is 6 mass% or less.

本発明の電池用電極は、上記亜鉛を負極に使用する電池の負極として使用する以外にも、当該電池の正極や、リチウム金属等のアルカリ金属負極電池、マグネシウム金属等のアルカリ土類金属負極電池、アルミニウム金属負極電池、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、マグネシウムイオン電池、カルシウムイオン電池、アルミニウムイオン電池、ニッケル・水素電池、ニッケル・金属水素化物電池、ニッケル・カドミウム電池、リチウム・空気電池等の空気電池や、燃料電池等における正極及び/又は負極として使用することが可能である。 The battery electrode of the present invention is not only used as a negative electrode of a battery using zinc as a negative electrode, but also a positive electrode of the battery, an alkaline metal negative battery such as lithium metal, and an alkaline earth metal negative battery such as magnesium metal. , Aluminum metal negative battery, lithium ion battery, sodium ion battery, magnesium ion battery, calcium ion battery, aluminum ion battery, nickel / hydrogen battery, nickel / metal hydride battery, nickel / cadmium battery, lithium / air battery, etc. It can be used as a positive electrode and / or a negative electrode in a battery or a fuel cell.

<本発明の電池>
本発明は、本発明の電池用電極、及び、電解質を備える電池でもある。
本発明の電池の形態としては、一次電池;充放電が可能な二次電池(蓄電池);メカニカルチャージ(電極の機械的な交換)の利用;正極や負極とは別の第3極(例えば、充放電中に発生する酸素や水素を除去する極)の利用等、いずれの形態であってもよいが、二次電池(蓄電池)であることが好ましい。
<Battery of the present invention>
This invention is also a battery provided with the electrode for batteries of this invention, and electrolyte.
The battery of the present invention includes a primary battery; a chargeable / dischargeable secondary battery (storage battery); use of mechanical charge (mechanical replacement of electrodes); a third electrode separate from the positive electrode and the negative electrode (for example, Any form such as utilization of an electrode for removing oxygen and hydrogen generated during charging and discharging may be used, but a secondary battery (storage battery) is preferable.

本発明の電池は、正極及び/又は負極として本発明の電池用電極を用いて構成される。中でも、本発明の電池が、少なくとも負極において本発明の電池用電極を用いて構成されることが好ましい。
なお、本発明の電池用電極が負極である場合に、該負極を用いて構成される電池において、正極としては本発明の電池が正極である場合に正極に用いることができる活物質として上述したものを適宜用いることができる。
また、本発明の電池用電極が負極である場合に、該負極を用いて構成される電池において、正極の活物質として酸素(酸素が正極活物質となる場合、正極は、酸素の還元や水の酸化が可能なペロブスカイト型化合物、コバルト含有化合物、鉄含有化合物、銅含有化合物、マンガン含有化合物、バナジウム含有化合物、ニッケル含有化合物、イリジウム含有化合物、白金含有化合物、パラジウム含有化合物、金含有化合物、銀含有化合物、炭素含有化合物等より構成される空気極となる)を用いることも可能である。
中でも、酸素、マンガン含有化合物、ニッケル含有化合物が好ましい。すなわち、正極としては、ニッケル極、マンガン極、又は、空気極であることが好ましい。より好ましくは、ニッケル極である。
The battery of this invention is comprised using the battery electrode of this invention as a positive electrode and / or a negative electrode. Especially, it is preferable that the battery of this invention is comprised using the electrode for batteries of this invention in the negative electrode at least.
In the case where the battery electrode of the present invention is a negative electrode, the positive electrode described above is an active material that can be used for the positive electrode when the battery of the present invention is a positive electrode. A thing can be used suitably.
Further, in the case where the battery electrode of the present invention is a negative electrode, in a battery configured using the negative electrode, oxygen is used as the positive electrode active material. Perovskite type compounds that can oxidize, cobalt containing compounds, iron containing compounds, copper containing compounds, manganese containing compounds, vanadium containing compounds, nickel containing compounds, iridium containing compounds, platinum containing compounds, palladium containing compounds, gold containing compounds, silver It is also possible to use an air electrode composed of a containing compound, a carbon-containing compound, or the like.
Among these, oxygen, a manganese-containing compound, and a nickel-containing compound are preferable. That is, the positive electrode is preferably a nickel electrode, a manganese electrode, or an air electrode. More preferably, it is a nickel electrode.

本発明の電池において、セパレーターを使用する場合、上記セパレーターは、国際公開第2013/027767号の記載に代表される一般的なセパレーターを用いることができる。
上記セパレーターは、1種でも2種以上でも使用することができ、抵抗が上昇し電池性能が低下しなければ、任意の枚数を使用することができるが、1枚だけのものが好適である。本発明の電池においては、少ない工程数で簡便に作製できる単一層からなる安価な不織布等をセパレーターとして好適に用いることができる。すなわち、本発明の電池においては、電池のセパレーターとして不織布を用いることが1つの好ましい形態である。
In the battery of the present invention, when a separator is used, a general separator represented by the description of International Publication No. 2013/027767 can be used as the separator.
The separator can be used singly or in combination of two or more, and any number can be used as long as the resistance increases and the battery performance does not deteriorate, but only one is preferred. In the battery of the present invention, an inexpensive nonwoven fabric made of a single layer that can be easily produced with a small number of steps can be suitably used as the separator. That is, in the battery of the present invention, it is one preferable form to use a nonwoven fabric as a battery separator.

本発明の電池において、電解液を使用する場合、電解液は電池の電解液として通常用いられるものであればよく、国際公開第2013/027767号の段落番号〔0056〕〜〔0059〕に記載の電解液を用いることができる。なお、電解液は、循環させてもよいし、させなくてもよい。
また電解液の代わりに、負極と正極との間に固体電解質(ゲル電解質)が挟持されるものであってもよい。
In the battery of the present invention, when an electrolytic solution is used, the electrolytic solution may be any one that is usually used as a battery electrolytic solution, and is described in paragraph numbers [0056] to [0059] of International Publication No. 2013/027767. An electrolytic solution can be used. Note that the electrolytic solution may or may not be circulated.
Further, instead of the electrolytic solution, a solid electrolyte (gel electrolyte) may be sandwiched between the negative electrode and the positive electrode.

本発明の電池は、本発明の電池用電極を用いることができる上記の種々の電池として使用することが可能であるが、特にアルカリ性電解液に対して耐久性がある点で、アルカリ水溶液含有電解液を使用する電池、例えば、ニッケル・亜鉛(蓄)電池、マンガン・亜鉛(蓄)電池、銀・亜鉛(蓄)電池、亜鉛イオン(蓄)電池、ニッケル・カドミウム(蓄)電池、ニッケル・水素(蓄)電池、燃料電池、空気(蓄)電池等の電極として好適に用いることが可能である。中でも、シェイプチェンジが発生しやすいニッケル・亜鉛(蓄)電池として用いることが本発明の効果が顕著になる点で特に好ましい。また、アルカリ水溶液含有電解液以外の電解液を使用する電池、例えば、鉛蓄電池に対して用いることも可能である。なお、鉛蓄電池として用いた場合は、電極反応を反応系中でより均一に生じさせることができる。 The battery of the present invention can be used as the above-described various batteries in which the battery electrode of the present invention can be used. However, the alkaline aqueous solution-containing electrolysis is particularly resistant to the alkaline electrolyte. Batteries that use liquids, such as nickel / zinc (storage) batteries, manganese / zinc (storage) batteries, silver / zinc (storage) batteries, zinc ion (storage) batteries, nickel / cadmium (storage) batteries, nickel / hydrogen It can be suitably used as an electrode for (storage) battery, fuel cell, air (storage) battery and the like. Among them, it is particularly preferable to use as a nickel / zinc (storage) battery in which a shape change is likely to occur because the effect of the present invention becomes remarkable. Moreover, it is also possible to use with respect to the battery which uses electrolyte solutions other than alkaline aqueous solution containing electrolyte solution, for example, a lead acid battery. In addition, when it uses as a lead acid battery, an electrode reaction can be produced more uniformly in a reaction system.

例としてニッケル・亜鉛蓄電池の構成を以下に説明する。
上記ニッケル・亜鉛蓄電池は、上記亜鉛負極、ニッケル正極、正極と負極を隔てるセパレーター、電解質や電解液、それらを含むアッセンブリ、及び、保持容器から成る。
ニッケル極としては、特に制限はなく、ニッケル・水素電池、ニッケル・金属水素化物電池(ニッケル水素吸蔵合金電池)、ニッケル・カドミウム電池等に使用されるニッケル極を使用することも可能である。アッセンブリや保持容器の内壁は、腐食や電池の使用の過程での反応等により劣化しない物質を使用する。アルカリ電池や空気亜鉛電池に使用される容器を使用することも可能である。蓄電池は、単一型、単二型、単三型、単四型、単五型、単六型、R123A型、R−1/3N型等の円筒型;9V型、006P型等の角型;ボタン型;コイン型;ラミネート型;積層型;短冊状に成形した正負極板をプリーツ加工したセパレーターに交互に挟み込んだ型等でもよく、また、密閉型や開放型でもよいし、ベント型でもよい。電池の使用の過程で発生する気体をリザーブする部位を有していてもよい。
As an example, the configuration of a nickel-zinc storage battery will be described below.
The nickel-zinc storage battery includes the zinc negative electrode, a nickel positive electrode, a separator that separates the positive electrode and the negative electrode, an electrolyte and an electrolytic solution, an assembly including them, and a holding container.
There is no restriction | limiting in particular as a nickel electrode, It is also possible to use the nickel electrode used for a nickel hydrogen battery, a nickel metal hydride battery (nickel metal hydride alloy battery), a nickel cadmium battery, etc. The inner walls of the assembly and the holding container are made of a material that does not deteriorate due to corrosion or reaction in the process of using the battery. It is also possible to use a container used for an alkaline battery or a zinc-air battery. The storage battery is a single type, single type, single type, single type, single type, single type, single type, R123A type, cylindrical type such as R-1 / 3N type, etc .; square type such as 9V type, 006P type, etc. A button type; a coin type; a laminate type; a laminated type; a type in which positive and negative plates formed into strips are alternately sandwiched between pleated separators, a sealed type, an open type, or a vent type Good. You may have the site | part which reserves the gas generated in the process of using a battery.

本発明の電池の製造工程は、湿式工程でもよいし、乾式工程でもよい。湿式工程は、例えば、正極集電体を、正極組成物のペーストあるいはスラリーで被覆し、負極集電体を、負極組成物のペーストあるいはスラリーで被覆して、被覆した電極シートを乾燥・圧縮し、カッティングとクリーニングの後、カッティングした電極とセパレーターを層状に重ね、電池アッセンブリを形成する。乾式工程は、例えば、スラリーやペーストの代わりに、電極成分の粉末や顆粒状乾燥混合物を用いる工程で、(1)乾燥状態で負極組成物を集電体に塗布、(2)乾燥状態で正極組成物を集電体に塗布、(3)(1)と(2)のシートの間にセパレーターを配置して層状構造を作り、電池アッセンブリを形成、(4)(3)の電池アッセンブリを巻きつけ、あるいは、折りたたむ等して三次元構造を形成、等の工程を経るものである。電極は、セパレーター等で包んだり、それらでコートしたりしてもよい。正極や負極は電池を構成する容器を兼ねていてもよい。端子を取り付ける工程としては、スポット溶接、超音波溶接、レーザー溶接、はんだ付け、端子と集電体の材料に適したその他任意の導電接合法が選ばれる。電池の製造工程や保存時においては、該電池は(部分)充電状態であってもよいし、放電状態であってもよい。 The battery manufacturing process of the present invention may be a wet process or a dry process. In the wet process, for example, the positive electrode current collector is coated with a positive electrode composition paste or slurry, the negative electrode current collector is coated with a negative electrode composition paste or slurry, and the coated electrode sheet is dried and compressed. After cutting and cleaning, the cut electrodes and separator are stacked in layers to form a battery assembly. The dry process is, for example, a process using electrode component powder or a granular dry mixture instead of slurry or paste. (1) The negative electrode composition is applied to the current collector in a dry state, and (2) the positive electrode in a dry state. The composition is applied to the current collector, (3) a separator is placed between the sheets (1) and (2) to form a layered structure, and a battery assembly is formed. (4) The battery assembly of (3) is wound. A three-dimensional structure is formed by attaching or folding. The electrode may be wrapped with a separator or the like or coated with them. The positive electrode and the negative electrode may also serve as a container constituting the battery. As the step of attaching the terminal, spot welding, ultrasonic welding, laser welding, soldering, or any other conductive joining method suitable for the material of the terminal and the current collector is selected. During the manufacturing process or storage of the battery, the battery may be in a (partial) charged state or in a discharged state.

本発明の電池が蓄電池である場合、蓄電池の充放電レートとしては、0.01C以上、100C以下であることが好ましい。より好ましくは、0.05C以上、80C以下であり、更に好ましくは、0.1C以上、60C以下であり、特に好ましくは、0.1C以上、30C以下である。蓄電池は地球上の寒冷地及び熱帯地の両方で使用できることが好ましく、−50℃〜100℃の温度で使用できることが好ましい。 When the battery of the present invention is a storage battery, the charge / discharge rate of the storage battery is preferably 0.01 C or more and 100 C or less. More preferably, it is 0.05C or more and 80C or less, More preferably, it is 0.1C or more and 60C or less, Especially preferably, it is 0.1C or more and 30C or less. It is preferable that the storage battery can be used in both a cold region and a tropical region on the earth, and it is preferable that the storage battery can be used at a temperature of −50 ° C. to 100 ° C.

本発明の電池用電極は、上述の構成よりなり、本発明の電池用電極を用いて電池を構成した場合に、電極のシェイプチェンジやデンドライト化を充分に制御することができ、長寿命化することができる。また、水素発生を抑制することができる。 The battery electrode of the present invention has the above-described configuration, and when the battery is configured using the battery electrode of the present invention, the shape change and dendrite formation of the electrode can be sufficiently controlled, and the life is extended. be able to. Moreover, hydrogen generation can be suppressed.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
なお、平均粒子径は、上述の方法で測定した。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.
The average particle size was measured by the method described above.

(実施例1)
ポリオレフィン水分散液(三井化学 ケミパールS100)とポリテトラフルオロエチレンと酸化亜鉛(平均粒子径1μm)を1:3:96の質量割合(固形分割合)で混錬し、ペースト化したものを銅メッシュに圧延して張付けた後、乾燥させ負極とした。
負極として上記作製した亜鉛極、正極としてニッケル極、参照極として正極と同じ電極を50%充電した電極、正極及び負極間には不織布を配置し、電解液として酸化亜鉛を飽和させた8M水酸化カリウム水溶液を用いて三極セルを構成し、充放電サイクル試験を行った。電極面積は1.948cmとし、電流値は25mA/cm(充放電時間:各1時間)とした。この時、充放電に伴い酸化亜鉛が溶出し、酸化亜鉛の粒子径1μmの孔が多数あいたポリオレフィンによる網目構造が形成された。その結果、充放電特性として200サイクル以上クーロン効率は低下することなく、安定な充放電が可能であった。また、水素の発生やデンドライトの発生・成長は観測されなかった。
Example 1
A copper mesh obtained by kneading a polyolefin aqueous dispersion (Mitsui Chemicals Chemipearl S100), polytetrafluoroethylene, and zinc oxide (average particle size 1 μm) at a mass ratio (solid content ratio) of 1: 3: 96. After being rolled and pasted, it was dried to obtain a negative electrode.
Zinc electrode prepared above as a negative electrode, nickel electrode as a positive electrode, an electrode charged with 50% of the same electrode as the positive electrode as a reference electrode, a non-woven fabric placed between the positive electrode and the negative electrode, and 8M hydroxylation saturated with zinc oxide as an electrolyte A triode cell was constructed using an aqueous potassium solution, and a charge / discharge cycle test was conducted. Electrode area and 1.948cm 2, the current value is 25mA / cm 2 (charge and discharge time: 1 hour each) it was. At this time, zinc oxide was eluted with charge and discharge, and a network structure of polyolefin with a large number of pores having a particle diameter of 1 μm of zinc oxide was formed. As a result, stable charge / discharge was possible without reducing the Coulomb efficiency for 200 cycles or more as charge / discharge characteristics. In addition, generation of hydrogen and generation / growth of dendrites were not observed.

(実施例2)
ポリテトラフルオロエチレンと酸化亜鉛(平均粒子径1μm)を4:96の質量割合(固形分割合)で混錬し、ペースト化したもの(厚さ200μm)の片面にポリアミドからなる厚さ100μmの不織布を貼り付け負極活物質層及び該層上の構造体を構成した。
上記作製した負極活物質層及び該層上の構造体と、負極集電体として銅メッシュを、電池を組む際の物理的応力により構造体(不織布)を負極集電体側へむけて接触させて負極とし、正極としてニッケル極、参照極として正極と同じ電極を50%充電した電極、正極及び負極間には不織布を配置し、電解液として酸化亜鉛を飽和させた8M水酸化カリウム水溶液を用いて三極セルを構成し、充放電サイクル試験を行った。電極面積は1.948cmとし、電流値は25mA/cm(充放電時間:各1時間)とした。この時、充放電に伴い酸化亜鉛が溶出し、構造体(不織布)の網目構造内で過飽和状態になり、当該網目構造内で酸化亜鉛として再度析出したと考えられる。その結果、充放電特性として100サイクル以上クーロン効率は低下することなく、安定な充放電が可能であり、亜鉛負極のシェイプチェンジも抑制された。また、水素の発生やデンドライトの発生・成長は観測されなかった。
(Example 2)
A non-woven fabric of 100 μm thickness made of polyamide on one side of a paste (200 μm thickness) obtained by kneading polytetrafluoroethylene and zinc oxide (average particle size 1 μm) at a mass ratio (solid content ratio) of 4:96. Was attached to form a negative electrode active material layer and a structure on the layer.
The prepared negative electrode active material layer and the structure on the layer, and a copper mesh as the negative electrode current collector are brought into contact with the structure (nonwoven fabric) toward the negative electrode current collector side by physical stress when the battery is assembled. Using a negative electrode, a nickel electrode as a positive electrode, an electrode charged with 50% of the same electrode as the positive electrode as a reference electrode, a non-woven fabric placed between the positive electrode and the negative electrode, and using an 8M potassium hydroxide aqueous solution saturated with zinc oxide as an electrolyte A triode cell was constructed and a charge / discharge cycle test was performed. Electrode area and 1.948cm 2, the current value is 25mA / cm 2 (charge and discharge time: 1 hour each) it was. At this time, it is considered that zinc oxide is eluted with charge and discharge, becomes supersaturated in the network structure of the structure (nonwoven fabric), and precipitates again as zinc oxide in the network structure. As a result, stable charge / discharge was possible without lowering the Coulomb efficiency for 100 cycles or more as charge / discharge characteristics, and the shape change of the zinc negative electrode was also suppressed. In addition, generation of hydrogen and generation / growth of dendrites were not observed.

実施例2においては、活物質が酸化亜鉛であり、電極近傍で電極反応に寄与するのは活物質層から溶けだした亜鉛酸イオンである。活物質層/不織布層/集電体がこの順で積層する場合、電極反応が起こると、電極近傍で、充電時には亜鉛酸イオンから亜鉛へ、放電時には亜鉛から亜鉛酸イオンへの化学変化が生じる。ここで電極の近傍に不織布(多孔質体)が配置されていることで、この亜鉛酸イオンが多孔質体の孔の中で過飽和状態となり易くなり、亜鉛酸イオンが過飽和となった当該多孔質体の孔の中で酸化亜鉛が形成される。つまり、初期状態は活物質層/不織布層/集電体と分かれていたが、充放電をするに従い、活物質入りの不織布層/電極と活物質の位置が移る。これによっても本発明に係る活物質層と、該活物質層内及び/又は活物質層上の構造体を有する電極の構成が実現されている。 In Example 2, the active material is zinc oxide, and zinc acid ions that have dissolved from the active material layer contribute to the electrode reaction in the vicinity of the electrode. When the active material layer / nonwoven fabric layer / current collector is laminated in this order, when an electrode reaction occurs, a chemical change occurs from zincate ion to zinc during charging and from zinc to zincate ion during discharging in the vicinity of the electrode. . Here, since the non-woven fabric (porous body) is disposed in the vicinity of the electrode, the zincate ions are likely to be supersaturated in the pores of the porous body, and the zincate ions are supersaturated. Zinc oxide is formed in the body pores. That is, although the initial state was separated from the active material layer / nonwoven fabric layer / current collector, the positions of the active material-containing nonwoven fabric layer / electrode and the active material shift as charging and discharging are performed. Also by this, the structure of the electrode which has the active material layer which concerns on this invention, and the structure in this active material layer and / or on an active material layer is implement | achieved.

なお、上記実施例においては、構造体として空隙部がランダムに連通した構造を有するものや、複数の繊維を絡めて構成された不織布を使用しているが、アニオンが主に電極近傍で過飽和状態となり、活物質が電極の近傍で再析出するように制御でき、その結果電極のシェイプチェンジの顕著な抑制効果を発揮でき、電池を長寿命化でき、また、水素発生を抑制でき、デンドライトによる電極間短絡を物理的に抑制できる機構は、放電時に溶出したアニオンが活物質層から離脱するのを阻害することができる構造体を用いた場合には全て同様である。 In the above examples, the structure has a structure in which voids are randomly connected or a non-woven fabric formed by entwining a plurality of fibers, but the anion is supersaturated mainly in the vicinity of the electrode. Therefore, the active material can be controlled to re-deposit in the vicinity of the electrode. As a result, the electrode shape change can be remarkably suppressed, the life of the battery can be extended, and the generation of hydrogen can be suppressed. The mechanism capable of physically suppressing the short circuit is the same in the case of using a structure that can inhibit the anion eluted during discharge from leaving the active material layer.

また、上記実施例は、亜鉛負極や当該亜鉛負極を用いたニッケル・亜鉛電池に係るものであり、これが本発明の好適な形態であるが、その他の種々の電極・電池においても、本発明に係る構造体を用いるものであれば、本発明の作用効果を発揮することが可能である。従って、上記実施例の結果から、本発明の技術的範囲全般において、また、本明細書において開示した種々の形態において本発明が適用でき、有利な作用効果を発揮できることが実証されている。 The above examples relate to a zinc negative electrode or a nickel / zinc battery using the zinc negative electrode. This is a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is also applicable to various other electrodes and batteries. As long as such a structure is used, the effects of the present invention can be exhibited. Therefore, from the results of the above examples, it is proved that the present invention can be applied in various technical forms of the present invention and in various forms disclosed in the present specification, and advantageous effects can be exhibited.

Claims (6)

集電体と、活物質粒子を含む活物質層とを備える電池用電極であって、
該電極は、活物質層上に、電気的に絶縁性の材料から構成される構造体を有し、
該構造体は、活物質粒子由来のイオンの活物質層からの離脱を阻害する構造をもち、該イオンが通過可能な空隙部があり、該空隙部は、粒状の孔である
ことを特徴とする電池用電極。
A battery electrode comprising a current collector and an active material layer containing active material particles,
The electrode has a structure composed of an electrically insulating material on the active material layer ,
The structure Chi also a structure that inhibits the withdrawal from the active material layer of ions from the active material particles, the ions may void portion can pass, airspace are holes granular <br / > A battery electrode characterized by that.
集電体と、活物質粒子を含む活物質層とを備える電池用電極であって、A battery electrode comprising a current collector and an active material layer containing active material particles,
該電極は、活物質層上に、電気的に絶縁性の材料から構成される構造体を有し、The electrode has a structure composed of an electrically insulating material on the active material layer,
該構造体は、活物質粒子由来のイオンの活物質層からの離脱を阻害する構造をもち、複数の繊維を絡めて構成されたものであるThe structure has a structure that inhibits the detachment of ions derived from the active material particles from the active material layer, and is configured by entwining a plurality of fibers.
ことを特徴とする電池用電極。The battery electrode characterized by the above-mentioned.
集電体と、活物質粒子を含む活物質層とを備える電池用電極であって、A battery electrode comprising a current collector and an active material layer containing active material particles,
該電極は、活物質層上に、電気的に絶縁性の材料から構成される構造体を有し、The electrode has a structure composed of an electrically insulating material on the active material layer,
該構造体は、活物質粒子由来のイオンの活物質層からの離脱を阻害する構造をもち、該イオンが通過可能な空隙部があり、貫通孔のあるシートを孔の位置が重ならないように複数枚重ね合わせて構成され、該空隙部が規則的に連通したものであるThe structure has a structure that inhibits the detachment of ions derived from the active material particles from the active material layer, has a void through which the ions can pass, and does not overlap the positions of the holes in the sheet with through holes. It is composed of a stack of multiple sheets, and the gaps are in regular communication.
ことを特徴とする電池用電極。The battery electrode characterized by the above-mentioned.
前記構造体は、前記空隙部がランダムに連通した構造を有する
ことを特徴とする請求項に記載の電池用電極。
The battery electrode according to claim 1 , wherein the structure has a structure in which the voids are in random communication.
前記活物質粒子は、亜鉛含有化合物を含有する
ことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の電池用電極。
The active material particles, battery electrode according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it contains zinc-containing compound.
請求項1〜のいずれかに記載の電池用電極、及び、電解質を備える
ことを特徴とする電池。
Battery electrode according to any one of claims 1 to 5, and a battery, characterized in that it comprises an electrolyte.
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