JP6358470B2 - Method for producing negative electrode for secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池用負極の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a negative electrode for a secondary battery.
近年、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等の二次電池は、電気を駆動源とする車両搭載用電源、あるいはパソコン及び携帯端末その他の電気製品等に搭載される電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられている。 In recent years, secondary batteries such as lithium ion secondary batteries and nickel metal hydride batteries have become increasingly important as power sources mounted on vehicles using electricity as power sources, or power sources mounted on personal computers, mobile terminals, and other electrical products. Yes. In particular, a lithium ion secondary battery that is lightweight and obtains a high energy density is preferably used as a high-output power source mounted on a vehicle.
この種の二次電池の典型的な負極は、電荷担体となる化学種を可逆的に吸蔵および放出し得る負極活物質を主成分とする負極活物質層が負極集電体上に保持された構成を有する。負極活物質層は、一般に負極活物質およびバインダを適当な溶媒でスラリー化し、この負極用スラリーを負極集電体に塗布・乾燥した後、プレスすることで形成され得る(例えば特許文献1)。また、多量の溶媒を使用することなく、湿潤粉体成型によって負極を製造する方法も試みられている。湿潤粉体成型では、典型的には負極活物質とバインダと少量の溶媒とを造粒した湿潤造粒粒子を造粒し、かかる湿潤造粒粒子の粉体をプレス(圧延)して負極集電体上に成膜することで、負極集電体上に負極活物質層が形成され得る。 In a typical negative electrode of this type of secondary battery, a negative electrode active material layer mainly composed of a negative electrode active material capable of reversibly occluding and releasing chemical species serving as a charge carrier is held on a negative electrode current collector. It has a configuration. The negative electrode active material layer can be generally formed by slurrying a negative electrode active material and a binder with a suitable solvent, applying and drying this negative electrode slurry on a negative electrode current collector, and then pressing (for example, Patent Document 1). In addition, a method for producing a negative electrode by wet powder molding without using a large amount of solvent has been attempted. In wet powder molding, typically, wet granulated particles obtained by granulating a negative electrode active material, a binder, and a small amount of solvent are granulated, and the powder of the wet granulated particles is pressed (rolled) to obtain a negative electrode collector. By forming a film on the current collector, a negative electrode active material layer can be formed on the negative electrode current collector.
ところで、近年、高容量が得られる負極活物質として、Si、Sn等の単体またはそれらの合金からなる金属系負極活物質が注目されている(例えば特許文献1)。金属系負極活物質は、黒鉛などの炭素材料に比べて理論容量が高く、電池の高容量化に寄与し得る一方で、充放電にともなう体積膨張収縮率が大きい。そのため、充放電を繰り返すうちに金属系負極活物質の周囲でクラック(ひび割れ)が発生し、性能劣化をもたらす要因になり得る。かかる問題に対処すべく、金属系負極活物質と膨張収縮量が比較的小さい炭素材料とを併用して上記クラックを緩和することが検討されている。しかし、このような技術によっても、負極内でのバインダの分散状態によっては、金属系負極活物質の周囲でクラックが発生することがあり得る。本発明は耐久性に優れた二次電池用負極を提供するものである。 By the way, in recent years, a metal-based negative electrode active material made of a simple substance such as Si or Sn or an alloy thereof has attracted attention as a negative electrode active material capable of obtaining a high capacity (for example, Patent Document 1). The metal-based negative electrode active material has a higher theoretical capacity than carbon materials such as graphite, and can contribute to an increase in capacity of the battery, but has a large volume expansion / contraction rate due to charge / discharge. Therefore, cracks (cracks) occur around the metal-based negative electrode active material while charging and discharging are repeated, which can be a factor causing performance deterioration. In order to cope with such a problem, it has been studied to reduce the cracks by using a metal-based negative electrode active material and a carbon material having a relatively small expansion / contraction amount. However, even with such a technique, cracks may occur around the metal-based negative electrode active material depending on the dispersion state of the binder in the negative electrode. This invention provides the negative electrode for secondary batteries excellent in durability.
ここで提案される二次電池用負極の製造方法は、少なくとも一つの金属元素を構成元素とする金属系負極活物質と炭素材料とバインダと溶媒とを含む湿潤造粒粒子を造粒する造粒工程を包含する。また、前記湿潤造粒粒子から構成された粉体をプレス成形することにより負極集電体上に負極活物質層を形成する工程を包含する。前記造粒工程には、前記金属系負極活物質と前記バインダと前記溶媒とを混合する第1混合処理と、前記第1混合処理の後、得られた混合物に前記炭素材料を混合する第2混合処理とが含まれる。かかる製造方法によると、充放電を繰り返しても金属系負極活物質の周囲でクラックが発生しにくい、耐久性に優れた二次電池用負極が得られうる。 The method of manufacturing a negative electrode for a secondary battery proposed here is a granulation method for granulating wet granulated particles containing a metal-based negative electrode active material containing at least one metal element, a carbon material, a binder, and a solvent. Process. The method also includes a step of forming a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector by press-molding a powder composed of the wet granulated particles. The granulation step includes a first mixing process of mixing the metal-based negative electrode active material, the binder, and the solvent, and a second mixing process of mixing the carbon material into the obtained mixture after the first mixing process. Mixing process. According to such a manufacturing method, a secondary battery negative electrode having excellent durability, in which cracks are unlikely to occur around the metal-based negative electrode active material even when charging and discharging are repeated, can be obtained.
前記湿潤造粒粒子の固形分全体に対する前記バインダの含有量が、0.5質量%〜2質量%でもよい。このようなバインダの含有量の範囲内であると、電池抵抗の上昇を抑えつつ、上述した耐久性向上効果がより好適に発揮され得る。 The content of the binder with respect to the entire solid content of the wet granulated particles may be 0.5% by mass to 2% by mass. The durability improvement effect mentioned above may be more suitably exhibited, suppressing the raise of battery resistance as it is in the range of content of such a binder.
前記湿潤造粒粒子に含まれる前記金属系負極活物質および前記炭素材料の含有量の比(金属系負極活物質:炭素材料)が、質量基準で1:9〜5:5でもよい。このような金属系負極活物質および炭素材料の含有量の比であると、電池抵抗の上昇を抑えつつ、金属系負極活物質の体積変化に起因するクラックの発生を効果的に抑制することができる。したがって、低抵抗と耐久性向上との両立がより高いレベルで実現され得る。 The ratio of the content of the metal-based negative electrode active material and the carbon material contained in the wet granulated particles (metal-based negative electrode active material: carbon material) may be 1: 9 to 5: 5 on a mass basis. With such a ratio of the content of the metal-based negative electrode active material and the carbon material, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks due to the volume change of the metal-based negative electrode active material while suppressing an increase in battery resistance. it can. Therefore, both low resistance and improved durability can be realized at a higher level.
前記金属系負極活物質は、シリコン(Si)およびスズ(Sn)のうちの少なくとも一方の金属元素を構成元素として含んでもよい。これらの金属元素を含む金属系負極活物質は、理論容量が高く、電池の高容量化に寄与する負極活物質として有用である一方で、充放電にともなう体積変化が大きく、クラックを引き起こしがちである。しかし、本発明の負極製造方法によれば、このような体積変化が大きい金属系負極活物質を用いた場合でも、クラックの発生を効果的に抑制することができる。したがって、ここに開示される製造方法は、Si、Snなどの有用な金属系負極活物質を用いつつ、耐久性に優れた負極が得られるという利点を有する。 The metal-based negative electrode active material may include at least one metal element of silicon (Si) and tin (Sn) as a constituent element. A metal-based negative electrode active material containing these metal elements has a high theoretical capacity and is useful as a negative electrode active material that contributes to an increase in capacity of a battery. On the other hand, volume change due to charge and discharge is large, and it tends to cause cracks. is there. However, according to the negative electrode manufacturing method of the present invention, the occurrence of cracks can be effectively suppressed even when such a metal negative electrode active material having a large volume change is used. Therefore, the manufacturing method disclosed herein has an advantage that a negative electrode having excellent durability can be obtained while using a useful metal-based negative electrode active material such as Si or Sn.
前記第1混合処理には、前記金属系負極活物質と前記バインダとを粉末同士で攪拌する第1攪拌処理と、前記第1攪拌処理の後、得られた粉末攪拌物に前記溶媒を混合して攪拌する第2攪拌処理とが含まれてもよい。かかる構成によると、金属系負極活物質とバインダとを粉末同士で均一に混ぜ合わせた後、溶媒が投入されるので、金属系負極活物質の周囲にバインダを均一かつ確実に配置することができる。そのため、当該金属系負極活物質の周囲でのクラックの発生をより効果的に抑制することができる。 In the first mixing process, a first stirring process in which the metal-based negative electrode active material and the binder are stirred together with powder, and after the first stirring process, the solvent is mixed into the obtained powder stirred product. And a second stirring process of stirring. According to such a configuration, the metal-based negative electrode active material and the binder are uniformly mixed with each other, and then the solvent is added. Therefore, the binder can be uniformly and reliably disposed around the metal-based negative electrode active material. . Therefore, generation of cracks around the metal-based negative electrode active material can be more effectively suppressed.
前記第1攪拌処理と前記第2攪拌処理とを同一の攪拌装置を用いて行い、かつ、前記第1攪拌処理における攪拌装置の攪拌回転数が、前記第2攪拌処理における攪拌装置の攪拌回転数よりも大きくなるように設定してもよい。このようにすれば、金属系負極活物質とバインダと溶媒とが均一に混ざり合った混合物が安定して得られうる。 The first stirring process and the second stirring process are performed using the same stirring device, and the stirring rotational speed of the stirring device in the first stirring process is the stirring rotational speed of the stirring device in the second stirring process. You may set so that it may become larger. In this way, a mixture in which the metal-based negative electrode active material, the binder, and the solvent are uniformly mixed can be stably obtained.
以下、ここで提案される二次電池用負極の製造方法についての一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、各図は模式的に描かれており、例えば、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。
なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいう。「リチウムイオン二次電池」は、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。
Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a negative electrode for a secondary battery proposed here will be described. The embodiments described herein are, of course, not intended to limit the present invention in particular. Each drawing is schematically drawn. For example, the dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each drawing does not reflect the actual dimensional relationship.
In the present specification, “secondary battery” refers to a battery that can be repeatedly charged. A “lithium ion secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as electrolyte ions and is charged and discharged by the movement of charges associated with lithium ions between the positive and negative electrodes.
ここに開示される二次電池用負極を製造する方法の好適な実施形態の一つとして、リチウムイオン二次電池用負極を製造する方法を例にして図1および図2に示すフローチャートを参照しつつ詳細に説明するが、本発明の適用対象をかかる二次電池に限定する意図ではない。 As a preferred embodiment of a method for producing a negative electrode for a secondary battery disclosed herein, a method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery is taken as an example and the flowcharts shown in FIGS. 1 and 2 are referred to. However, the present invention is not intended to be limited to such secondary batteries.
図1に示すように、ここに開示される製造方法は、少なくとも一つの金属元素を構成元素とする金属系負極活物質と炭素材料とバインダと溶媒とを含む湿潤造粒粒子を造粒する造粒工程(ステップS100)と、湿潤造粒粒子から構成された粉体をプレス成形することにより負極集電体上に負極活物質層を形成するプレス工程(ステップS200)と、を包含する。以下、各工程を詳細に説明する。 As shown in FIG. 1, the manufacturing method disclosed herein is a granulation method for granulating wet granulated particles containing a metal-based negative electrode active material containing at least one metal element, a carbon material, a binder, and a solvent. A granulation step (step S100) and a pressing step (step S200) for forming a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector by press-molding a powder composed of wet granulated particles. Hereinafter, each process will be described in detail.
<造粒工程>
ステップS100の造粒工程は、金属系負極活物質と炭素材料とバインダと溶媒とを含む湿潤造粒粒子を造粒する工程である。
<Granulation process>
The granulation step of Step S100 is a step of granulating wet granulated particles containing a metal-based negative electrode active material, a carbon material, a binder, and a solvent.
湿潤造粒粒子に用いられる金属系負極活物質としては、少なくとも一つの金属元素を構成元素として含むものであればよい。好適例として、シリコン(Si)およびスズ(Sn)の少なくとも一方の金属元素を含む材料を主成分とする金属系負極活物質が挙げられる。Siを構成元素とする材料としては、Siの金属単体、Siを構成元素とする酸化物(例えばSiOx)、Siを構成元素とする合金;等が挙げられる。Snを構成元素とする材料としては、Snの金属単体、Snを構成元素とする酸化物(例えばSnOx)、Snを構成元素とする合金;等が挙げられる。上記合金のSi、Sn以外の構成元素としては、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo、In、Al、Li等が例示される。これらの材料は理論容量が高く、電池の高容量化に寄与し得る点で好ましい。あるいは、リチウムとチタンを構成金属元素として含む酸化物(チタン酸リチウム)を主成分とする金属系負極活物質であってもよい。このような材料から選択される一種を単独で用いてもよく二種以上を併用してもよい。なお、本明細書でいう「金属」には、Siのような半金属も含まれ得る。また、本明細書でいう「合金」とは、微視的なレベルで2種以上の金属を混合したものを意味し、合金の組織としては、例えば、固溶体、金属間化合物あるいはそれらが共存するものが含まれ得る。上記金属系負極活物質の性状は特に限定されないが、例えば、レーザ回折・散乱法に基づく平均粒径(D50径)が1μm〜50μm(典型的には5μm〜20μm、好ましくは8μm〜12μm)程度の粉末状(粒子状)のものを好ましく用いることができる。ここで開示される製造方法は、このような平均粒径を有する金属系負極活物質に対してより好適に適用することができる。 The metal-based negative electrode active material used for the wet granulated particles may be any material that contains at least one metal element as a constituent element. Preferable examples include a metal-based negative electrode active material mainly composed of a material containing at least one metal element of silicon (Si) and tin (Sn). Examples of the material containing Si as a constituent element include a simple metal element of Si, an oxide containing Si as a constituent element (for example, SiO x ), and an alloy containing Si as a constituent element. Examples of the material containing Sn as a constituent element include a single metal of Sn, an oxide containing Sn as a constituent element (for example, SnO x ), and an alloy containing Sn as a constituent element. Examples of constituent elements other than Si and Sn in the alloy include Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Mo, In, Al, and Li. These materials are preferable in that they have a high theoretical capacity and can contribute to an increase in battery capacity. Alternatively, a metal-based negative electrode active material mainly containing an oxide (lithium titanate) containing lithium and titanium as constituent metal elements may be used. One kind selected from such materials may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. The “metal” in the present specification may also include a semimetal such as Si. The “alloy” in the present specification means a mixture of two or more metals at a microscopic level, and the alloy structure includes, for example, a solid solution, an intermetallic compound, or the coexistence thereof. Things can be included. Although the property of the said metal type negative electrode active material is not specifically limited, For example, the average particle diameter (D50 diameter) based on a laser diffraction / scattering method is about 1 micrometer-50 micrometers (typically 5 micrometers-20 micrometers, preferably 8 micrometers-12 micrometers) The powder form (particulate form) can be preferably used. The production method disclosed herein can be more suitably applied to a metal-based negative electrode active material having such an average particle size.
湿潤造粒粒子に用いられる炭素材料としては、いわゆる黒鉛質のもの、難黒鉛化炭素質のもの(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素質のもの(ソフトカーボン)、これらを組み合わせた構造を有するもののいずれの炭素材料も好適に使用され得る。少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を含む炭素材料が好ましい。また、天然黒鉛、人工黒鉛等の各種黒鉛を粒子状に加工(粉砕、球状成形等)したもの(例えば鱗片状(Flake Graphite)の黒鉛を球形化した球形化黒鉛)、各種黒鉛をアモルファスカーボンでコート(被覆)したもの;等を使用することができる。あるいは、アセチレンブラック(AB)、オイルファーネスブラック、黒鉛化カーボンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボン粉末を用いてもよい。このような炭素材料から選択される一種を単独で用いてもよく二種以上を併用してもよい。ここに開示される炭素材料は、電荷担体を吸蔵および放出し得る(負極活物質として機能する)ものでもよく、導電材として機能し得るものでもよい。好ましい一態様では、上記炭素材料は、負極活物質として機能し、なおかつ導電材としても機能し得る。上記炭素材料の性状は特に限定されないが、例えば、レーザ回折・散乱法に基づく平均粒径(D50径)が1μm〜50μm(典型的には5μm〜20μm、好ましくは8μm〜12μm)程度の粉末状(粒子状)のものを好ましく用いることができる。ここで開示される製造方法は、このような平均粒径を有する炭素材料に対してより好適に適用することができる。 Carbon materials used for wet granulated particles include so-called graphitic materials, non-graphitizable carbon materials (hard carbon), graphitizable carbon materials (soft carbon), and combinations of these. Any carbon material can be suitably used. A carbon material containing a graphite structure (layered structure) at least partially is preferable. In addition, various graphites such as natural graphite and artificial graphite are processed into particles (pulverized, spherically shaped, etc.) (eg, spheroidized graphite obtained by spheroidizing Flake Graphite graphite), and various graphites are made of amorphous carbon. Coated (coated); etc. can be used. Alternatively, carbon powders such as acetylene black (AB), oil furnace black, graphitized carbon black, carbon black, and ketjen black may be used. One kind selected from such carbon materials may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. The carbon material disclosed herein may be one that can occlude and release charge carriers (functions as a negative electrode active material) or one that can function as a conductive material. In a preferred embodiment, the carbon material functions as a negative electrode active material and can also function as a conductive material. The property of the carbon material is not particularly limited. For example, the average particle diameter (D50 diameter) based on the laser diffraction / scattering method is about 1 μm to 50 μm (typically 5 μm to 20 μm, preferably 8 μm to 12 μm). (Particulate) can be preferably used. The production method disclosed herein can be more suitably applied to a carbon material having such an average particle size.
湿潤造粒粒子に用いられるバインダとしては、個々の金属系負極活物質および炭素材料の粒子表面に付着し、さらにその金属系負極活物質および炭素材料の粒子間を互いに結着し得るものであれば制限されない。例えば、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリルニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリル酸およびこれらの誘導体を主体とするものを好ましく用いることができる。このような高分子材料から選択される一種を単独で用いてもよく二種以上を併用してもよい。なかでも、ポリイミド(PI)、ポリビニルアルコール(PVA)およびこれらの誘導体は、比較的少ない添加量で金属系負極活物質および炭素材料の各粒子間を強固に結着し得る点で好ましい。また、負極活物質層と負極集電体との結着性を高めることができ、界面剥離の生じ難い負極を実現し得る点で好ましい。 The binder used in the wet granulated particles is one that can adhere to the surface of the individual metal negative electrode active material and carbon material particles, and further bind the metal negative electrode active material and carbon material particles together. There is no limit. For example, it is preferable to use a material mainly composed of polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylic acid and derivatives thereof. it can. One kind selected from such polymer materials may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. Among these, polyimide (PI), polyvinyl alcohol (PVA), and derivatives thereof are preferable because they can firmly bind the metal negative electrode active material and the carbon material particles with a relatively small addition amount. Moreover, it is preferable at the point which can improve the binding property of a negative electrode active material layer and a negative electrode electrical power collector, and can implement | achieve the negative electrode which does not produce interface peeling easily.
湿潤造粒粒子に用いられる溶媒としては、水系溶媒および非水系溶媒の何れも使用可能である。典型的には、水または水を主体とする混合溶媒が好ましく用いられる。かかる混合溶媒を構成する水以外の溶媒成分としては、水と均一に混合し得る有機溶媒(低級アルコール、低級ケトン等)の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。例えば、該水系溶媒の80質量%以上(より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上)が水である水系溶媒の使用が好ましい。特に好ましい例として、実質的に水からなる水系溶媒が挙げられる。 As the solvent used for the wet granulated particles, either an aqueous solvent or a non-aqueous solvent can be used. Typically, water or a mixed solvent mainly composed of water is preferably used. As a solvent component other than water constituting such a mixed solvent, one or more organic solvents (lower alcohol, lower ketone, etc.) that can be uniformly mixed with water can be appropriately selected and used. For example, it is preferable to use an aqueous solvent in which 80% by mass or more (more preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more) of the aqueous solvent is water. A particularly preferred example is an aqueous solvent substantially consisting of water.
ここに開示される造粒工程は、図2に示すように、上述した金属系負極活物質とバインダと溶媒とを混合する第1混合処理(ステップS110)と、第1混合処理の後、得られた混合物に炭素材料を混合する第2混合処理(ステップS120)とを含み得る。 As shown in FIG. 2, the granulation process disclosed herein is obtained after the first mixing process (step S110) in which the metal-based negative electrode active material, the binder, and the solvent described above are mixed, and the first mixing process. And a second mixing process (step S120) for mixing the carbon material with the obtained mixture.
(第1混合処理)
ステップS110の第1混合処理では、上述した金属系負極活物質とバインダと溶媒とを混合する。この実施形態では、第1混合処理は、第1攪拌処理(ステップS112)と第2攪拌処理(ステップS114)とを含み得る。
(First mixing process)
In the first mixing process of step S110, the metal-based negative electrode active material, the binder, and the solvent described above are mixed. In this embodiment, the first mixing process may include a first stirring process (step S112) and a second stirring process (step S114).
ステップS112の第1攪拌処理では、金属系負極活物質とバインダとを粉末同士で攪拌する。第1攪拌処理では、金属系負極活物質粉末とバインダ粉末とが均一に混合した状態となるまで十分に混ぜ合わせることが好ましい。第1攪拌処理の攪拌時間としては、装置構成や攪拌条件によっても異なり得るが、通常は1秒〜30秒程度であり、好ましくは3秒〜10秒であり、より好ましくは5秒〜8秒である。この第1攪拌処理においては、金属系負極活物質とバインダとが粉末同士で攪拌されるので、金属系負極活物質粉末とバインダ粉末とが均一に混ざり合った粉末攪拌物が得られうる。 In the first stirring process of step S112, the metal-based negative electrode active material and the binder are stirred with powder. In the first stirring treatment, it is preferable that the metal-based negative electrode active material powder and the binder powder are sufficiently mixed until they are in a uniformly mixed state. The stirring time of the first stirring treatment may vary depending on the apparatus configuration and stirring conditions, but is usually about 1 to 30 seconds, preferably 3 to 10 seconds, more preferably 5 to 8 seconds. It is. In the first stirring treatment, the metal-based negative electrode active material and the binder are stirred with each other, so that a powder stirred product in which the metal-based negative electrode active material powder and the binder powder are uniformly mixed can be obtained.
ステップS114の第2攪拌処理では、第1攪拌処理の後、得られた粉末攪拌物に溶媒を混合して攪拌する。第2攪拌処理では、上記粉末攪拌物を溶媒で湿らせ、攪拌の回転運動を付与することによって球形の粒子に凝集させる。すなわち、金属系負極活物質とバインダと溶媒とからなる粒状の混合物を得る。第2攪拌処理では、粒状混合物がある程度の大きさに球形化するまで攪拌することが好ましい。第2攪拌処理の攪拌時間としては、装置構成や攪拌条件によっても異なり得るが、通常は5秒〜60秒程度であり、好ましくは8秒〜30秒であり、より好ましくは10秒〜20秒である。 In the second stirring process of step S114, after the first stirring process, a solvent is mixed with the obtained powder stirred product and stirred. In the second agitation treatment, the powder agitation is moistened with a solvent and agglomerated into spherical particles by applying a rotational motion of agitation. That is, a granular mixture composed of a metal-based negative electrode active material, a binder, and a solvent is obtained. In the second stirring treatment, stirring is preferably performed until the granular mixture is spheroidized to a certain size. The stirring time of the second stirring treatment may vary depending on the apparatus configuration and stirring conditions, but is usually about 5 seconds to 60 seconds, preferably 8 seconds to 30 seconds, more preferably 10 seconds to 20 seconds. It is.
第1攪拌処理と第2攪拌処理とは、同一の攪拌装置を用いて行ってもよく異なる攪拌装置を用いて行ってもよいが、生産性の観点からは同一の攪拌装置を用いることが好ましい。攪拌を行うための攪拌装置は特に限定されない。例えば攪拌装置は、回転する攪拌子(ディスパー翼、タービン翼などの攪拌翼、攪拌羽根)を有し、この攪拌子を攪拌することにより混合・造粒し得るものであり得る。このような攪拌装置としては、プラネタリミキサ、フードプロセッサ、ホモミキサ、ヘンシェルミキサ、スーパーミキサ、プロペラ攪拌機、高速ミキサ等の機械式の攪拌装置が例示される。 The first stirring process and the second stirring process may be performed using the same stirring apparatus or different stirring apparatuses, but it is preferable to use the same stirring apparatus from the viewpoint of productivity. . The stirring apparatus for performing stirring is not particularly limited. For example, the stirrer may have a rotating stirrer (a stirring blade such as a disper blade or a turbine blade, a stirring blade), and may be mixed and granulated by stirring the stirrer. Examples of such a stirring device include mechanical stirring devices such as a planetary mixer, a food processor, a homomixer, a Henschel mixer, a super mixer, a propeller stirrer, and a high-speed mixer.
好ましい一態様では、第1攪拌処理と第2攪拌処理とを同一の攪拌装置を用い、かつ、第1攪拌処理における攪拌装置の攪拌回転数を、第2攪拌処理における攪拌装置の攪拌回転数よりも大きく設定する。第1攪拌処理の回転数を第2攪拌処理の回転数よりも大きく設定することで、金属系負極活物質とバインダとがより均一に混ざり合った粉末攪拌物が効率よく得られうる。また、第2攪拌処理の回転数を第1攪拌処理の回転数よりも小さく設定することで、溶媒で湿らせた粉末攪拌物が球形化しやすくなり、前記粒状混合物を安定して得ることができる。特に限定されるものではないが、第1攪拌処理の攪拌回転数としては、概ね2000rpm〜5000rpmにすることが適当であり、好ましくは2500rpm〜4000rpmであり、より好ましくは2600rpm〜3000rpmである。第2攪拌処理の攪拌回転数としては、概ね300rpm〜1800rpmにすることが適当であり、好ましくは500rpm〜1500rpmであり、より好ましくは800rpm〜1000rpmである。 In a preferred embodiment, the same stirring apparatus is used for the first stirring process and the second stirring process, and the stirring rotational speed of the stirring apparatus in the first stirring process is set higher than the stirring rotational speed of the stirring apparatus in the second stirring process. Also set larger. By setting the rotational speed of the first stirring process to be larger than the rotational speed of the second stirring process, a powder stirred product in which the metal-based negative electrode active material and the binder are more uniformly mixed can be obtained efficiently. In addition, by setting the rotation speed of the second stirring process to be smaller than the rotation speed of the first stirring process, the powder agitated material moistened with the solvent is easily spheroidized, and the granular mixture can be stably obtained. . Although not particularly limited, the rotation speed of the first stirring process is suitably about 2000 rpm to 5000 rpm, preferably 2500 rpm to 4000 rpm, and more preferably 2600 rpm to 3000 rpm. The stirring speed of the second stirring treatment is generally about 300 rpm to 1800 rpm, preferably 500 rpm to 1500 rpm, and more preferably 800 rpm to 1000 rpm.
(第2混合処理)
ステップS120の第2混合処理では、上記第1混合処理の後、得られた粒状混合物(金属系負極活物質とバインダと溶媒との混合物)に炭素材料を混合する。この実施形態では、第2混合処理は、第3攪拌処理(ステップS122)と第4攪拌処理(ステップS124)とを含んでいる。
(Second mixing process)
In the second mixing process of step S120, after the first mixing process, a carbon material is mixed with the obtained granular mixture (a mixture of a metal-based negative electrode active material, a binder, and a solvent). In this embodiment, the second mixing process includes a third stirring process (step S122) and a fourth stirring process (step S124).
ステップS122の第3攪拌処理では、第1混合処理で得られた粒状混合物と炭素材料とを低速で攪拌して混合する。第3攪拌処理では、上記粒状混合物と炭素材料とが十分に混じり合うように、比較的小さい回転数で攪拌することが望ましい。このように粒状混合物と炭素材料とを混ぜ合わせることにより、金属系負極活物質と炭素材料とバインダと溶媒とを含む湿潤造粒粒子が得られうる。第3攪拌処理は、前述した第2攪拌処理と同一の攪拌装置を用いて行ってもよく異なる攪拌装置を用いて行ってもよいが、生産性の観点からは同一の攪拌装置を用いることが好ましい。第3攪拌処理における攪拌装置の攪拌回転数としては、概ね300rpm〜1800rpmにすることが適当であり、好ましくは500rpm〜1500rpmであり、より好ましくは800rpm〜1000rpmである。第3攪拌処理の攪拌時間としては、装置構成や攪拌条件によっても異なり得るが、通常は5秒〜60秒程度であり、好ましくは8秒〜30秒であり、より好ましくは10秒〜20秒である。 In the third stirring process in step S122, the granular mixture obtained in the first mixing process and the carbon material are stirred and mixed at a low speed. In the third stirring treatment, it is desirable to stir at a relatively small number of revolutions so that the granular mixture and the carbon material are sufficiently mixed. By mixing the granular mixture and the carbon material in this way, wet granulated particles containing a metal-based negative electrode active material, a carbon material, a binder, and a solvent can be obtained. The third stirring process may be performed using the same stirring apparatus as the second stirring process described above or may be performed using a different stirring apparatus, but from the viewpoint of productivity, the same stirring apparatus may be used. preferable. As a stirring rotation speed of the stirring apparatus in the third stirring treatment, it is appropriate to set the rotation speed to approximately 300 rpm to 1800 rpm, preferably 500 rpm to 1500 rpm, and more preferably 800 rpm to 1000 rpm. The stirring time of the third stirring treatment may vary depending on the apparatus configuration and stirring conditions, but is usually about 5 seconds to 60 seconds, preferably 8 seconds to 30 seconds, more preferably 10 seconds to 20 seconds. It is.
ステップS124の第4攪拌処理では、上記第3攪拌処理で得られた湿潤造粒粒子を高速で攪拌することにより、湿潤造粒粒子同士の二次凝集を防いで相互に分離させる。第4攪拌処理は、前述した第3攪拌処理と同一の攪拌装置を用いて行ってもよく異なる攪拌装置を用いて行ってもよいが、生産性の観点からは同一の攪拌装置を用いることが好ましい。第4攪拌処理における攪拌装置の攪拌回転数としては、概ね2000rpm〜5000rpmにすることが適当であり、好ましくは2500rpm〜4000rpmであり、より好ましくは2600rpm〜3000rpmである。第4攪拌処理の攪拌時間としては、装置構成や攪拌条件によっても異なり得るが、通常は0.5秒〜8秒程度であり、好ましくは1秒〜5秒であり、より好ましくは1秒〜3秒である。 In the fourth stirring process of step S124, the wet granulated particles obtained by the third stirring process are stirred at a high speed, thereby preventing secondary aggregation of the wet granulated particles and separating them from each other. The fourth stirring process may be performed using the same stirring apparatus as the third stirring process described above or may be performed using a different stirring apparatus, but the same stirring apparatus may be used from the viewpoint of productivity. preferable. As a stirring rotation speed of the stirring device in the fourth stirring treatment, it is appropriate to set it to approximately 2000 rpm to 5000 rpm, preferably 2500 rpm to 4000 rpm, and more preferably 2600 rpm to 3000 rpm. The stirring time of the fourth stirring treatment may vary depending on the apparatus configuration and stirring conditions, but is usually about 0.5 to 8 seconds, preferably 1 to 5 seconds, more preferably 1 second to 3 seconds.
このようにして、金属系負極活物質と炭素材料とバインダと溶媒とを含む湿潤造粒粒子が造粒され得る。 In this way, wet granulated particles containing a metal-based negative electrode active material, a carbon material, a binder, and a solvent can be granulated.
図3は、上記造粒工程を経て形成された湿潤造粒粒子10の一例を模式的に示している。ここに開示される湿潤造粒粒子10は、図3に示すように、金属系負極活物質12と炭素材料14とバインダ16と溶媒とを少なくとも含んでいる。かかる湿潤造粒粒子10は、個々の金属系負極活物質12および炭素材料14の粒子表面にバインダ16が付着し、さらにその金属系負極活物質12および炭素材料14の各粒子間がバインダ16によって互いに結合された態様であり得る。好適な一態様では、湿潤造粒粒子10内においてバインダ16が均一に分散するのではなく、金属系負極活物質12の周囲に偏在している。すなわち、金属系負極活物質12の周囲に存在するバインダ16の量が、炭素材料14の周囲に存在するバインダ16の量よりも多い。
FIG. 3 schematically shows an example of the wet
ここで、従来の製造方法においては、金属系負極活物質、炭素材料およびバインダの各成分を始めから同時に攪拌装置に投入し、湿潤造粒粒子を造粒していた。しかしながら、本発明者の知見によれば、各成分を始めから同時に投入して攪拌すると、湿潤造粒粒子内においてバインダが金属系負極活物質および炭素材料の各粒子間に均一に分散する。そのため、バインダの添加量によっては金属系負極活物質を結着するバインダの量が不足し、金属系負極活物質の結着強度が低下する場合があり得る。金属系負極活物質の結着強度が低下すると、充放電を繰り返すうちに金属系負極活物質の周囲でクラック(ひび割れ)が起こり、電池性能が劣化してしまう。かかる問題に対処するために、バインダの添加量を増やして金属系負極活物質の結着強度を高めようとすると、過剰のバインダが抵抗成分として働くため、電池の内部抵抗が上昇する要因になり得る。 Here, in the conventional manufacturing method, the components of the metal-based negative electrode active material, the carbon material, and the binder are simultaneously charged into the stirrer from the beginning to granulate wet granulated particles. However, according to the knowledge of the present inventor, when the respective components are simultaneously added and stirred from the beginning, the binder is uniformly dispersed between the particles of the metallic negative electrode active material and the carbon material in the wet granulated particles. Therefore, depending on the amount of binder added, the amount of the binder that binds the metal-based negative electrode active material may be insufficient, and the binding strength of the metal-based negative electrode active material may decrease. When the binding strength of the metal-based negative electrode active material is reduced, cracks (cracks) occur around the metal-based negative electrode active material while charging and discharging are repeated, and the battery performance deteriorates. In order to cope with this problem, if the binder addition amount is increased to increase the binding strength of the metal-based negative electrode active material, the excess binder acts as a resistance component, which increases the internal resistance of the battery. obtain.
これに対し、本実施形態によると、金属系負極活物質とバインダと溶媒とを混合した後(ステップS110の第1混合処理)、得られた混合物と炭素材料とを混合する(ステップS120の第2混合処理)ので、金属系負極活物質とバインダとが接触した後、炭素材料が投入される。このように炭素材料の投入前に金属系負極活物質とバインダとを先に接触させることで、湿潤造粒粒子内において金属系負極活物質の周囲にバインダが優先的に配置される。そのため、当該湿潤造粒粒子をプレスして得られた負極活物質層内においても金属系負極活物質の周囲にバインダが優先的に配置され、金属系負極活物質の結着強度が効果的に高まる。その結果、金属系負極活物質が膨張収縮を繰り返しても金属系負極活物質の周囲でクラックが発生しにくくなる。したがって、本構成によると、上記クラックの発生が抑制された、耐久性の高い二次電池を製造することができる。かかる二次電池は、例えば、内部抵抗が低く、かつサイクル後容量維持率が高いものであり得る。 On the other hand, according to the present embodiment, after mixing the metal-based negative electrode active material, the binder, and the solvent (first mixing process in step S110), the obtained mixture and the carbon material are mixed (first in step S120). Therefore, after the metallic negative electrode active material and the binder are in contact with each other, the carbon material is charged. Thus, by bringing the metal-based negative electrode active material and the binder into contact with each other prior to the introduction of the carbon material, the binder is preferentially disposed around the metal-based negative electrode active material in the wet granulated particles. Therefore, a binder is preferentially disposed around the metal negative electrode active material even in the negative electrode active material layer obtained by pressing the wet granulated particles, and the binding strength of the metal negative electrode active material is effectively increased. Rise. As a result, even if the metal-based negative electrode active material repeatedly expands and contracts, cracks are less likely to occur around the metal-based negative electrode active material. Therefore, according to this configuration, it is possible to manufacture a highly durable secondary battery in which the occurrence of the cracks is suppressed. Such a secondary battery may have, for example, a low internal resistance and a high post-cycle capacity retention rate.
上記造粒工程で造粒される湿潤造粒粒子10の性状としては、例えば、平均粒径が凡そ100μm以上であり得る。均質な負極活物質層を形成する観点から、湿潤造粒粒子10の平均粒径は、好ましくは200μm以上、より好ましくは300μm以上、さらに好ましくは400μm以上である。また、湿潤造粒粒子10の平均粒径は、概ね1000μm以下、例えば800μm以下、好ましくは600μm以下である。ここで開示される技術は、例えば、湿潤造粒粒子10の平均粒径が100μm以上1000μm以下(例えば350μm以上500μm以下)である態様で好ましく実施され得る。
As the properties of the wet
なお、本明細書中において「平均粒径」とは、特記しない限り、レーザ散乱・回折法に基づく粒度分布測定装置に基づいて測定した粒度分布における積算値50%での粒径、すなわち50%体積平均粒子径を意味するものとする。ここで、積算値50%での粒径、すなわち50%体積平均粒子径を適宜に「D50」と称する。より具体的には、レーザ回析・散乱式粒度分布測定装置を用い、圧縮空気による粒子の分散は行わず、乾式測定した50%体積平均粒子径である。 In the present specification, unless otherwise specified, the “average particle size” means a particle size at an integrated value of 50% in a particle size distribution measured based on a particle size distribution measuring apparatus based on a laser scattering / diffraction method, that is, 50%. It shall mean the volume average particle diameter. Here, the particle diameter at the integrated value of 50%, that is, the 50% volume average particle diameter is appropriately referred to as “D50”. More specifically, it is a 50% volume average particle diameter measured dry using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device without dispersing particles with compressed air.
湿潤造粒粒子に含まれる金属系負極活物質の含有量と炭素材料の含有量との比(質量基準)は特に限定されない。耐久性向上の観点からは、炭素材料の含有量が金属系負極活物質の含有量以上であることが好ましい。ここに開示される技術は、金属系負極活物質と炭素材料との質量比が1:9〜5:5である態様で好ましく実施され得る。金属系負極活物質と炭素材料とを併用することによる効果(すなわち高容量化と耐久性向上との両立)をよりよく発揮させる観点から、金属系負極活物質と炭素材料との質量比が1:5〜5:5であることが好ましく、1:4〜5:6であることが好ましく、1:3〜5:7であることがさらに好ましく、1:2〜5:8(例えば1:2〜3:7)であることがさらに好ましい。 The ratio (mass basis) between the content of the metal-based negative electrode active material contained in the wet granulated particles and the content of the carbon material is not particularly limited. From the viewpoint of improving durability, the content of the carbon material is preferably equal to or greater than the content of the metal-based negative electrode active material. The technique disclosed here can be preferably implemented in an aspect in which the mass ratio of the metal-based negative electrode active material and the carbon material is 1: 9 to 5: 5. The mass ratio between the metal-based negative electrode active material and the carbon material is 1 from the viewpoint of better exhibiting the effect of combining the metal-based negative electrode active material and the carbon material (that is, achieving both higher capacity and improved durability). : 5 to 5: 5, preferably 1: 4 to 5: 6, more preferably 1: 3 to 5: 7, and 1: 2 to 5: 8 (for example 1: 2 to 3: 7) is more preferable.
湿潤造粒粒子の全固形分に対するバインダの含有量(割合)は特に限定されるものではない。耐久性向上等の観点からは、バインダの含有量は、概ね0.5質量%以上であり、好ましくは0.8質量%以上、より好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは1.2質量%以上である。また、抵抗上昇を抑制する等の観点からは、バインダの含有量は、概ね2質量%以下であり、好ましくは1.8質量%以下、より好ましくは1.5質量%以下である。 The binder content (ratio) with respect to the total solid content of the wet granulated particles is not particularly limited. From the viewpoint of improving durability, the binder content is generally 0.5% by mass or more, preferably 0.8% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and further preferably 1.2% by mass. That's it. Further, from the viewpoint of suppressing an increase in resistance, the binder content is generally 2% by mass or less, preferably 1.8% by mass or less, and more preferably 1.5% by mass or less.
ここに開示される湿潤造粒粒子は、目的に応じて適宜固形分率(NV)を選択することができるが、乾燥効率等の観点からは、通常は70質量%以上(例えば70質量%〜95質量%)にすることが適当であり、好ましくは75質量%以上(例えば75質量%〜90質量%)、より好ましくは78質量%以上(例えば78質量%〜85質量%)である。 The wet granulated particles disclosed herein can be appropriately selected solid fraction (NV) depending on the purpose, but from the viewpoint of drying efficiency and the like, it is usually 70% by mass or more (for example, 70% by mass to 70% by mass). 95 mass%) is suitable, preferably 75 mass% or more (for example, 75 mass% to 90 mass%), more preferably 78 mass% or more (for example, 78 mass% to 85 mass%).
<プレス工程>
ステップS200のプレス工程は、上述した湿潤造粒粒子から構成された粉体をプレス成形することにより負極集電体上に負極活物質層を形成する工程である。負極集電体としては、銅または銅合金が用いられる。例えば、負極集電体として、帯状の電解銅箔が好適に使用され得る。負極集電体の厚みとしては、特に限定されないが、高強度および低抵抗の観点から、概ね6μm〜20μmが適当であり、好ましくは8μm〜15μm(例えば10μm)である。この実施形態では、負極活物質層は、粉体ロール成形法によって形成する。
<Pressing process>
The pressing step of Step S200 is a step of forming a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector by press-molding the powder composed of the wet granulated particles described above. Copper or a copper alloy is used as the negative electrode current collector. For example, a strip-shaped electrolytic copper foil can be suitably used as the negative electrode current collector. Although it does not specifically limit as thickness of a negative electrode collector, From a viewpoint of high intensity | strength and low resistance, 6 micrometers-20 micrometers are suitable in general, Preferably they are 8 micrometers-15 micrometers (for example, 10 micrometers). In this embodiment, the negative electrode active material layer is formed by a powder roll forming method.
図4は、ここに開示される負極製造方法に用いられる粉体ロール成形装置90を模式的に示す斜視図である。粉体ロール成形装置90は、第1のロール92(以下、供給ロール92ともいう)と第2のロール94(以下、転写ロール94ともいう)とを備える。供給ロール92と転写ロール94の間には、所定の幅のギャップがある。供給ロール92の外周面と転写ロール94の外周面は互いに対向している。供給ロール92と転写ロール94は、図4の矢印に示すように、逆方向に回転する。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a powder
転写ロール94の隣には、負極集電体62の搬送装置として、第3のロール96(以下、バックアップロール96ともいう)が配置されている。転写ロール94の外周面とバックアップロール96の外周面は互いに対向している。転写ロール94とバックアップロール96は、図4の矢印に示すように、逆方向に回転する。
Next to the
供給ロール92および転写ロール94の幅方向の両端部には、隔壁98が設けられている。隔壁98は、湿潤造粒粒子10の粉体を供給ロール92および転写ロール94上に保持すると共に、2つの隔壁98の間の距離によって、負極集電体62上に形成される負極活物質層63の幅を規定する役割を果たす。
ここに開示される製造方法の堆積工程では、まず、湿潤造粒粒子10の粉体を、回転する供給ロール92および回転する転写ロール94の間のギャップに通して塗膜を形成する。具体的にはまず、回転している供給ロール92および回転している転写ロール94の間に、湿潤造粒粒子10の粉体を供給する。湿潤造粒粒子10の粉体を供給ロール92および転写ロール94の間に供給すると、湿潤造粒粒子10の粉体が、供給ロール92および転写ロール94の回転により供給ロール92および転写ロール94の間のギャップに運ばれる。そして湿潤造粒粒子10の粉体は、供給ロール92および転写ロール94の間のギャップを通ってプレスされ、塗膜化される。すなわち、湿潤造粒粒子10の粉体が、供給ロール92および転写ロール94によって押し潰されながら湿潤造粒粒子10同士が一体化していき、引き延ばされて塗膜を形成する。
In the deposition step of the manufacturing method disclosed herein, first, the powder of the wet
続いて、上記の塗膜を転写ロール94に付着させて搬送する。転写ロール94に付着した塗膜は、転写ロール94の回転によって搬送される。続いて、上記で搬送された塗膜を、バックアップロール96により搬送される負極集電体62上に転写して塗膜からなる負極活物質層63を形成する。転写ロール94の表面に付着した塗膜が、バックアップロール96により搬送された負極集電体62にある程度の圧力で接触することにより、上記塗膜が、負極集電体62に転写される。これにより、負極集電体62上に負極活物質層63が形成される。必要に応じて、形成した負極活物質層63を乾燥する工程が行われてもよい。
Subsequently, the coating film is attached to the
このようにして、負極活物質層63が負極集電体62に保持された構成を有する負極を得ることができる。
In this way, a negative electrode having a configuration in which the negative electrode
ここで、負極活物質層は、一般に負極活物質およびバインダを適当な溶媒でスラリー化し、この負極用スラリーを集電体に塗布・乾燥した後、プレスすることで形成される。かかる方法では、負極集電体上に塗布された負極用スラリーを乾燥する際、対流によって負極集電体近傍のバインダがスラリー塗布物の表面に移動してスラリー塗布物の表面に偏析(マイグレーション)する。その結果、負極活物質層と負極集電体との密着性が低下し、充放電を繰り返すうちに負極活物質層が剥がれ落ちる不具合が生じ得る。また、負極用スラリー中の溶媒量が多く(典型的には固形分率55質量%以下)、スラリー塗布物の乾燥に時間がかかるため、生産効率が低下するという問題がある。これに対して、ここで開示される粉体ロール成形法では、回転するロール92、94で湿潤造粒粒子10の粉体をプレスして負極活物質層63を形成する。典型的には、反対方向に回転する一対のロール92、94の間に湿潤造粒粒子10の粉体を供給し、該一対のロール92、94間で湿潤造粒粒子10の粉体をプレスすることにより負極活物質層63を形成する。かかる粉体ロール成形法によれば、少量の溶媒で負極活物質層63を形成できるので、従来に比して乾燥時間を短縮することができる。また、乾燥時に対流が発生しないので、バインダの偏析(マイグレーション)が起こり得ず、負極活物質層63が負極集電体62から剥がれ落ちる不具合を解消することができる。さらに、湿潤造粒粒子の固形分率を高めることで、高密度な負極活物質層が得られるため、従来の負極用スラリーを用いたときのような乾燥後のプレス工程(負極活物質層の密度を調整する工程)が不要になる。したがって、ここに開示される粉体ロール成形法によれば、従来に比して負極活物質層63と負極集電体62との密着性が良好な二次電池用負極を効率よく形成することができる。
Here, the negative electrode active material layer is generally formed by slurrying a negative electrode active material and a binder with an appropriate solvent, applying and drying the negative electrode slurry on a current collector, and then pressing the slurry. In such a method, when the negative electrode slurry applied on the negative electrode current collector is dried, the binder in the vicinity of the negative electrode current collector moves to the surface of the slurry applied product by convection and segregates on the surface of the slurry applied product (migration). To do. As a result, the adhesion between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector is lowered, and the negative electrode active material layer may be peeled off while being repeatedly charged and discharged. In addition, the amount of solvent in the slurry for the negative electrode is large (typically, the solid content is 55% by mass or less), and it takes time to dry the slurry applied product, which causes a problem that the production efficiency is lowered. On the other hand, in the powder roll forming method disclosed here, the powder of the wet
かかる負極は、前述のように充放電を繰り返しても金属系負極活物質の周囲でクラックが起こり難く、より高性能であることから、種々の形態の二次電池の構成要素または該二次電池に内蔵される電極体の構成要素(負極)として好ましく利用され得る。 Since such a negative electrode has higher performance because cracks do not easily occur around the metal-based negative electrode active material even after repeated charge and discharge as described above, the constituent elements of the secondary battery in various forms or the secondary battery It can be preferably used as a component (negative electrode) of the electrode body incorporated in the.
例えば、ここに開示されるいずれかの方法により得られた負極と、正極と、該正負極間に配置される電解質と、典型的には正負極間を離隔するセパレータ(固体状またはゲル状の電解質を用いた電池では省略され得る。)と、を備えるリチウムイオン二次電池の構成要素として好ましく使用され得る。かかる電池を構成する外容器の構造(例えば金属製の筐体やラミネートフィルム構造物)やサイズ、あるいは正負極集電体を主構成要素とする電極体の構造(例えば捲回構造や積層構造)等について特に制限はない。 For example, a negative electrode obtained by any of the methods disclosed herein, a positive electrode, an electrolyte disposed between the positive and negative electrodes, and a separator (solid or gel-like) that typically separates the positive and negative electrodes. It can be omitted in a battery using an electrolyte.) And can be preferably used as a component of a lithium ion secondary battery. Structure (for example, metal casing or laminate film structure) and size of an outer container constituting such a battery, or structure of an electrode body (for example, a wound structure or a laminated structure) having a positive / negative electrode current collector as a main component There is no particular restriction on the etc.
<リチウムイオン二次電池>
以下、上述した方法を適用して製造された負極(負極シート)を用いて構築されるリチウムイオン二次電池の一実施形態につき、図5および図6に示す模式図を参照しつつ説明する。図5は本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池100の断面図である。図6は、当該リチウムイオン二次電池100に内装される電極体40を示す図である。このリチウムイオン二次電池100は、負極(負極シート)60として、上述した湿潤造粒粒子を用いる方法を適用して製造された負極(負極シート)60が用いられている。
<Lithium ion secondary battery>
Hereinafter, an embodiment of a lithium ion secondary battery constructed using a negative electrode (negative electrode sheet) manufactured by applying the above-described method will be described with reference to schematic diagrams shown in FIGS. 5 and 6. FIG. 5 is a cross-sectional view of a lithium ion
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、図5に示すような扁平な角形の電池ケース(即ち外装容器)20に構成されている。リチウムイオン二次電池100は、図5および図6に示すように、扁平形状の捲回電極体40が、液状電解質(電解液)80とともに、電池ケース20に収容されている。
A lithium ion
<電池ケース>
電池ケース20は、一端(電池100の通常の使用状態における上端部に相当する。)に開口部を有する箱形(すなわち有底直方体状)のケース本体21と、その開口部に取り付けられて該開口部を塞ぐ矩形状プレート部材からなる蓋体(封口板)22とから構成される。電池ケース20の材質は、従来のリチウムイオン二次電池で使用されるものと同じであればよく、特に制限はない。軽量で熱伝導性の良い金属材料を主体に構成された電池ケース20が好ましく、このような金属製材料としてアルミニウム等が例示される。
<Battery case>
The
図5に示すように、蓋体22には外部接続用の正極端子23および負極端子24が形成されている。蓋体22の両端子23、24の間には、電池ケース20の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように構成された薄肉の安全弁30と、注液口32が形成されている。なお、図5では、当該注液口32が注液後に封止材33によって封止されている。
As shown in FIG. 5, the
<捲回電極体>
捲回電極体40は、図6に示すように、長尺なシート状正極(正極シート50)と、該正極シート50と同様の長尺シート状負極(負極シート60)とを計二枚の長尺シート状セパレータ(セパレータ72、74)とを備えている。
<Winded electrode body>
As shown in FIG. 6, the
<正極シート>
正極シート50は、帯状の正極集電体52と正極活物質層53とを備えている。正極集電体52には、例えば、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、正極集電体52として、アルミニウム箔が用いられている。正極集電体52の幅方向片側の縁部に沿って未塗工部51が設定されている。図示例では、正極活物質層53は、正極集電体52に設定された未塗工部51を除いて、正極集電体52の両面に保持されている。正極活物質層53には、正極活物質粒子と導電材とバインダが含まれている。
<Positive electrode sheet>
The
正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な材料が用いられ、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質(例えば層状構造の酸化物やスピネル構造の酸化物)の一種または二種以上を特に限定することなく使用される。例えば、リチウムニッケル系複合酸化物、リチウムコバルト系複合酸化物、リチウムマンガン系複合酸化物等のリチウム含有遷移金属酸化物が挙げられる。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)等が挙げられる。導電材としては、例えばアセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(グラファイト等)の炭素材料等が挙げられる。 As the positive electrode active material, a material capable of occluding and releasing lithium ions is used, and one or more of materials conventionally used in lithium ion secondary batteries (for example, oxides having a layered structure or oxides having a spinel structure) are used. Are used without any particular limitation. Examples thereof include lithium-containing transition metal oxides such as lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, and lithium manganese composite oxide. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF). Examples of the conductive material include carbon black such as acetylene black (AB) and other carbon materials such as graphite.
<負極シート>
負極シート60は、図6に示すように、帯状の負極集電体62と負極活物質層63とを備えている。負極集電体62の幅方向片側には、縁部に沿って未塗工部61が設定されている。負極活物質層63は、負極集電体62に設定された未塗工部61を除いて、負極集電体62の両面に保持されている。負極活物質層63には、前述のように、金属系負極活物質と炭素材料とバインダとが含まれている。負極シートの製造方法については、前述したとおりであるので、その説明は省略する。
<Negative electrode sheet>
As shown in FIG. 6, the
<セパレータ>
セパレータ72、74は、図6に示すように、正極シート50と負極シート60とを隔てる部材である。この例では、セパレータ72、74は、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。セパレータ72、74には、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータを用いることができる。また、かかる樹脂で構成されたシート材の表面に、絶縁性を有する粒子の層をさらに形成してもよい。ここで、絶縁性を有する粒子としては、絶縁性を有する無機フィラー(例えば、金属酸化物、金属水酸化物などのフィラー)、或いは、絶縁性を有する樹脂粒子(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの粒子)で構成してもよい。この例では、図6に示すように、負極活物質層63の幅b1は、正極活物質層53の幅a1よりも少し広い。さらにセパレータ72、74の幅c1、c2は、負極活物質層63の幅b1よりも少し広い(c1、c2>b1>a1)。
<Separator>
As shown in FIG. 6, the
<捲回電極体の取り付け>
この実施形態では、捲回電極体40は、図6に示すように、捲回軸WLに直交する一の方向において扁平に押し曲げられている。図6に示す例では、正極集電体52の未塗工部51と負極集電体62の未塗工部61は、それぞれセパレータ72、74の両側においてらせん状に露出している。この実施形態では、図5に示すように、未塗工部51の中間部分は、寄せ集められ、電池ケース20の内部に配置された電極端子(内部端子)の集電タブ25、26に溶接される。図5中の25a、26aは当該溶接個所を示している。
<Attaching the wound electrode body>
In this embodiment, the
そして、ケース本体21の上端開口部から該本体21内に捲回電極体40が収容され、上記開口部を蓋体22との溶接等により封止する。また、電解液80が注液口32からケース本体21内に配置(注液)される。
Then, the
<電解液(非水電解液)>
電解液(非水電解液)80としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水電解液は、典型的には、適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する。上記非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン等からなる群から選択された一種または二種以上を用いることができる。また、上記支持塩としては、例えば、LiPF6,LiBF4,LiAsF6,LiCF3SO3,LiC4F9SO3,LiN(CF3SO2)2,LiC(CF3SO2)3等のリチウム塩を用いることができる。一例として、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との混合溶媒(例えば体積比3:4:3)にLiPF6を約1mol/Lの濃度で含有させた非水電解液が挙げられる。
<Electrolytic solution (nonaqueous electrolytic solution)>
As the electrolytic solution (non-aqueous electrolytic solution) 80, the same non-aqueous electrolytic solution conventionally used for lithium ion secondary batteries can be used without any particular limitation. Such a nonaqueous electrolytic solution typically has a composition in which a supporting salt is contained in a suitable nonaqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, and the like. One kind or two or more kinds selected from the group can be used. Examples of the supporting salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 and the like. Lithium salts can be used. As an example, a non-solvent containing LiPF 6 at a concentration of about 1 mol / L in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) (eg, volume ratio 3: 4: 3). A water electrolyte may be mentioned.
その後、注液口32を封止材33によって封止し、本実施形態に係るリチウム二次電池100の組み立てが完成する。ケース20の封止プロセスや電解液の配置(注液)プロセスは、従来のリチウムイオン二次電池の製造で行われている手法と同様でよく、本発明を特徴付けるものではない。このようにして本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100の構築が完成する。
Then, the
このようにして構築されたリチウム二次電池100は、前記のように少量のバインダでも金属系負極活物質の周囲にバインダが優先的に配置され、充放電を繰り返しても金属系負極活物質の周囲でクラックが発生しにくくなることから、優れた電池性能を示すものであり得る。例えば、サイクル特性に優れる、高容量である、入出力特性に優れる、生産性に優れる、のうちの少なくとも一つ(好ましくは全部)を満たす二次電池を提供することができる。
As described above, the lithium
以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。なお、以下の説明において「%」は、特に断りがない限り質量基準である。 Several examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples. In the following description, “%” is based on mass unless otherwise specified.
<湿潤造粒粒子の造粒>
(実施例1〜5)
実施例1〜5では、金属系負極活物質とバインダの各成分を先に混合した後、炭素材料を混合する逐次方式で湿潤造粒粒子を造粒した。具体的には、金属系負極活物質としてのシリコン粉末と、バインダとしてのポリイミド系樹脂粉末とをフードプロセッサに投入して回転数2600rpmで5秒間攪拌し(第1混合工程の第1攪拌処理)、次いで、溶媒としてのイオン交換水を投入して回転数800rpmで10秒間攪拌した(第1混合工程の第2攪拌処理)。次いで、炭素材料としてのアモルファスカーボンコートグラファイト粉末を投入し、回転数800rpmで10秒間攪拌し(第2混合工程の第3攪拌処理)、さらに回転数2600rpmで3秒間攪拌した(第2混合工程の第4攪拌処理)。このようにして平均粒径が400μmの負極湿潤造粒粒子の粉体を得た。負極湿潤造粒粒子の固形分率は78%となるように調整した。各例で用いた負極湿潤造粒粒子の全固形分に対するバインダの含有量、金属系負極活物質と炭素材料との含有量の比(質量基準)は表1に示すとおりである。
<Granulation of wet granulated particles>
(Examples 1-5)
In Examples 1-5, after mixing each component of a metal type negative electrode active material and a binder previously, the wet granulation particle | grains were granulated by the sequential method which mixes a carbon material. Specifically, silicon powder as a metal-based negative electrode active material and polyimide resin powder as a binder are put into a food processor and stirred for 5 seconds at a rotation speed of 2600 rpm (first stirring process in the first mixing step). Then, ion-exchanged water as a solvent was added and stirred for 10 seconds at a rotation speed of 800 rpm (second stirring process in the first mixing step). Next, the amorphous carbon-coated graphite powder as a carbon material was charged, stirred for 10 seconds at a rotation speed of 800 rpm (third stirring process in the second mixing step), and further stirred for 3 seconds at a rotation speed of 2600 rpm (in the second mixing step). Fourth stirring process). Thus, negative electrode wet granulated particles having an average particle size of 400 μm were obtained. The solid content rate of the negative electrode wet granulated particles was adjusted to 78%. Table 1 shows the binder content and the ratio (mass basis) of the content of the metal-based negative electrode active material and the carbon material to the total solid content of the negative electrode wet granulated particles used in each example.
(比較例1)
比較例1では、金属系負極活物質と炭素材料とバインダの各成分を同時に混合する一括方式で湿潤造粒粒子を造粒した。具体的には、図7に示すように、金属系負極活物質としてのシリコン粉末と、炭素材料としてのアモルファスカーボンコートグラファイト粉末と、バインダとしてのポリイミド系樹脂粉末とをフードプロセッサに投入して回転数2600rpmで5秒間攪拌した。次いで、溶媒としてのイオン交換水を投入して回転数800rpmで10秒間攪拌し、さらに回転数2600rpmで3秒間攪拌した。このようにして平均粒径が400μmの負極湿潤造粒粒子の粉体を得た。負極湿潤造粒粒子の固形分率は78%となるように調整した。比較例1で用いた湿潤造粒粒子の全固形分に対するバインダの含有量、金属系負極活物質と炭素材料との含有量の比(質量基準)は表1に示すとおりである。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, wet granulated particles were granulated by a batch method in which the components of the metal-based negative electrode active material, the carbon material, and the binder were simultaneously mixed. Specifically, as shown in FIG. 7, silicon powder as a metal-based negative electrode active material, amorphous carbon-coated graphite powder as a carbon material, and polyimide-based resin powder as a binder are put into a food processor and rotated. The mixture was stirred at several 2600 rpm for 5 seconds. Next, ion-exchanged water as a solvent was added and stirred for 10 seconds at a rotation speed of 800 rpm, and further stirred for 3 seconds at a rotation speed of 2600 rpm. Thus, negative electrode wet granulated particles having an average particle size of 400 μm were obtained. The solid content rate of the negative electrode wet granulated particles was adjusted to 78%. Table 1 shows the binder content to the total solid content of the wet granulated particles used in Comparative Example 1, and the ratio (mass basis) of the content of the metal-based negative electrode active material and the carbon material.
<負極シートの作製>
各例の負極湿潤造粒粒子の粉体を図4に示す粉体ロール成形装置を用いてプレスして長尺シート状の銅箔(負極集電体)上に転写することにより、負極集電体上に負極活物質層が設けられた負極シートを作製した。かかる負極シートを略矩形に切り出して評価試験用セルの負極を得た。
<Preparation of negative electrode sheet>
The negative electrode wet granulated particles in each example were pressed using a powder roll molding apparatus shown in FIG. 4 and transferred onto a long sheet-like copper foil (negative electrode current collector), whereby a negative electrode current collector was obtained. A negative electrode sheet having a negative electrode active material layer provided on the body was produced. The negative electrode sheet was cut into a substantially rectangular shape to obtain a negative electrode for an evaluation test cell.
<正極シートの作製>
正極活物質としてのニッケルマンガンコバルト酸リチウム(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)粉末と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)粉末と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)と、溶媒としてのN−メチルピロリドンとをフードプロセッサに投入して攪拌することにより正極湿潤造粒粒子を造粒した。この正極湿潤造粒粒子の粉体を図4に示す粉体ロールプレス機を用いてプレスして長尺シート状のアルミニウム箔(正極集電体)上に転写することにより、正極集電体上に正極活物質層が設けられた正極シートを作製した。かかる正極シートを略矩形に切り出して評価試験用セルの正極を得た。
<Preparation of positive electrode sheet>
Lithium nickel manganese cobaltate (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) powder as a positive electrode active material, acetylene black (AB) powder as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder Then, N-methylpyrrolidone as a solvent was put into a food processor and stirred to granulate positive electrode wet granulated particles. The positive electrode wet granulated particles are pressed using a powder roll press shown in FIG. 4 and transferred onto a long sheet-like aluminum foil (positive electrode current collector). A positive electrode sheet provided with a positive electrode active material layer was prepared. Such a positive electrode sheet was cut into a substantially rectangular shape to obtain a positive electrode of an evaluation test cell.
<評価試験用セルの構築>
上記正極と上記負極とを、互いの電極活物質層が対向するようにセパレータを挟んで積層し、電解液とともにラミネートフィルム(外装部材)に収容した。評価試験用セルのセパレータには、総厚みが平均24μmの、ポリエチレン(PE)の両面をポリプロピレン(PP)で挟んだ形態の3層構造(PP/PE/PP)の微多孔質シートを用いた。このようにして評価試験用セル(ラミネートセル)を構築した。
<Construction of evaluation test cell>
The positive electrode and the negative electrode were laminated with a separator interposed therebetween so that the electrode active material layers face each other, and were accommodated in a laminate film (exterior member) together with the electrolytic solution. As the separator for the evaluation test cell, a microporous sheet having a total thickness of 24 μm and having a three-layer structure (PP / PE / PP) in which both sides of polyethylene (PE) are sandwiched between polypropylene (PP) was used. . Thus, an evaluation test cell (laminate cell) was constructed.
<評価試験用セルの評価>
評価試験用セルは、出力特性としての初期抵抗と、サイクル後容量維持率と、サイクル後抵抗上昇率とによって、その性能を評価した。次に、上記のように構築した評価試験用セルについて、初期抵抗の測定、サイクル後容量維持率の測定、サイクル後抵抗上昇率を順に説明する。
<Evaluation of evaluation test cell>
The performance of the evaluation test cell was evaluated based on the initial resistance, the post-cycle capacity retention rate, and the post-cycle resistance increase rate as output characteristics. Next, with respect to the evaluation test cell constructed as described above, the measurement of the initial resistance, the measurement of the capacity retention rate after cycling, and the rate of increase in resistance after cycling will be described in this order.
<初期抵抗の測定>
評価試験用セルについて出力特性を評価するため、ここでは初期のIV抵抗を測定した。IV抵抗は、次の手順によって算出した。
手順1:SOC調整にて、SOC60%の充電状態にする。
手順2:手順1の後、0.8Cの電流値で放電して10秒間放電処理する。
ここでは、手順2で測定された測定電流値を、手順2での初期電圧値から10秒時点での電圧値を引いた値である電圧ドロップ値ΔVで除算する。その値をIV抵抗値(初期抵抗)として求めた。結果を表1の該当欄に示す。
<Measurement of initial resistance>
In order to evaluate the output characteristics of the evaluation test cell, the initial IV resistance was measured here. The IV resistance was calculated by the following procedure.
Procedure 1: The SOC is adjusted to 60% by SOC adjustment.
Procedure 2: After
Here, the measured current value measured in the procedure 2 is divided by the voltage drop value ΔV that is a value obtained by subtracting the voltage value at the time of 10 seconds from the initial voltage value in the procedure 2. The value was obtained as an IV resistance value (initial resistance). The results are shown in the corresponding column of Table 1.
<サイクル後容量維持率の測定>
評価試験用セルについて、2Cで充放電を繰り返す充放電パターンを付与し、サイクル試験を行った。具体的には、2Cの定電流でSOC85%まで充電し、次いで、2Cの定電流でSOC20%まで放電するという充放電サイクルを100回連続して行った。そして、サイクル後容量維持率を(100サイクル目の放電容量/初期容量)×100により算出した。結果を表1の該当欄に示す。
なお、初期容量および100サイクル目の放電容量は、評価試験用の電池について、温度25℃で、次の手順1〜3によって測定した。
手順1:1Cの定電流放電によって3.0Vに到達後、定電圧放電にて2時間放電し、その後、10秒間休止する。
手順2:1Cの定電流充電によって4.1Vに到達後、定電圧充電にて2.5時間充電し、その後、10秒間休止する。
手順3:0.5Cの定電流放電によって3.0Vに到達後、定電圧放電にて2時間放電し、その後、10秒間停止する。
ここで、手順3における定電流放電から定電圧放電に至る放電における放電容量(CCCV放電容量)を電池容量とした。
<Measurement of capacity retention after cycle>
About the cell for evaluation tests, the charge / discharge pattern which repeats charging / discharging by 2C was provided, and the cycle test was done. Specifically, a charge / discharge cycle of charging to SOC 85% with a constant current of 2C and then discharging to
The initial capacity and the discharge capacity at the 100th cycle were measured by the following
Procedure 1: After reaching 3.0V by constant current discharge of 1C, discharge by constant voltage discharge for 2 hours, and then rest for 10 seconds.
Procedure 2: After reaching 4.1 V by constant current charging at 1 C, charge for 2.5 hours by constant voltage charging, and then rest for 10 seconds.
Procedure 3: After reaching 3.0 V by constant current discharge of 0.5 C, discharge at constant voltage discharge for 2 hours, and then stop for 10 seconds.
Here, the discharge capacity (CCCV discharge capacity) in the discharge from the constant current discharge to the constant voltage discharge in the procedure 3 was defined as the battery capacity.
<サイクル後抵抗上昇率の測定>
評価試験用セルについて、上記サイクル試験後におけるIV抵抗を、前記初期抵抗の測定と同じ手順で行った。そして、サイクル後抵抗上昇率を[(100サイクル目のIV−初期抵抗)/初期抵抗]×100により算出した。結果を表1の該当欄に示す。
<Measurement of resistance increase after cycling>
For the evaluation test cell, the IV resistance after the cycle test was performed in the same procedure as the measurement of the initial resistance. Then, the resistance increase rate after the cycle was calculated by [(IV of the 100th cycle−initial resistance) / initial resistance] × 100. The results are shown in the corresponding column of Table 1.
表1に示すように、金属系負極活物質と炭素材料とバインダの各成分を同時に混合した比較例1の電池は、サイクル後容量維持率が90%を下回り、かつサイクル後抵抗上昇率が10%を上回り、耐久性に欠けていた。これに対し、金属系負極活物質とバインダの各成分を先に混合した後、炭素材料を混合した実施例2に係る電池は、比較例1に比べて、初期抵抗、サイクル後容量維持率およびサイクル後抵抗上昇率の何れにおいても良好な結果が得られた。実施例2では、金属系負極活物質の周囲に炭素材料が優先的に配置されることでクラックの発生が抑制されたため、充放電サイクルによる容量低下や抵抗上昇を小さく抑えることができたものと推測される。この結果から、金属系負極活物質とバインダの各成分を先に混合した後、炭素材料を混合することで、耐久性に優れた電池が得られることが確認された。 As shown in Table 1, the battery of Comparative Example 1 in which the metallic negative electrode active material, the carbon material and the binder were mixed at the same time had a capacity retention rate after cycling of less than 90% and a resistance increase rate after cycling of 10%. % And lacked durability. In contrast, the battery according to Example 2 in which the metal-based negative electrode active material and the binder were first mixed and then the carbon material was mixed, compared with Comparative Example 1, the initial resistance, the post-cycle capacity retention rate, and Good results were obtained for any post-cycle resistance rise rate. In Example 2, since the generation of cracks was suppressed by preferentially arranging the carbon material around the metal-based negative electrode active material, it was possible to suppress a decrease in capacity and an increase in resistance due to the charge / discharge cycle. Guessed. From this result, it was confirmed that a battery having excellent durability can be obtained by mixing the components of the metal-based negative electrode active material and the binder first and then mixing the carbon material.
実施例1〜3を比較すると、バインダの含有量が増大するに従い初期抵抗は増大傾向となった。ここで供試した電池の場合、バインダの含有量を1質量%以下にすることによって、1.5mΩという極めて低い初期抵抗を実現できた。初期抵抗を低減する観点からは、バインダの含有量は2質量%以下が適当であり、好ましくは1質量%以下である。また、実施例2、4、5を比較すると、金属系負極活物質と炭素材料との含有量の比について、炭素材料の比率が増えるに従い、初期抵抗、サイクル後容量維持率およびサイクル後抵抗上昇率は良好な結果を示した。この結果から、初期抵抗および耐久性向上の観点からは、金属系負極活物質と炭素材料との含有量の比(金属系負極活物質:炭素材料)は1:9〜5:5が好ましく、1:9〜3:7がより好ましい。 When Examples 1 to 3 were compared, the initial resistance tended to increase as the binder content increased. In the case of the battery used here, by setting the binder content to 1% by mass or less, an extremely low initial resistance of 1.5 mΩ could be realized. From the viewpoint of reducing the initial resistance, the binder content is suitably 2% by mass or less, preferably 1% by mass or less. In addition, when Examples 2, 4, and 5 are compared, with respect to the content ratio of the metal-based negative electrode active material and the carbon material, as the ratio of the carbon material increases, the initial resistance, the capacity retention rate after cycling, and the resistance after cycling increase The rate showed good results. From this result, from the viewpoint of improving the initial resistance and durability, the ratio of the content of the metal negative electrode active material and the carbon material (metal negative electrode active material: carbon material) is preferably 1: 9 to 5: 5, 1: 9-3: 7 are more preferable.
以上、本発明の一実施形態に係る二次電池用負極の製造方法を説明したが、本発明に係る負極製造方法は、上述した何れの実施形態にも限定されず、種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the manufacturing method of the negative electrode for secondary batteries which concerns on one Embodiment of this invention was demonstrated, the negative electrode manufacturing method which concerns on this invention is not limited to any embodiment mentioned above, A various change is possible. is there.
例えば、上述した実施形態では、攪拌造粒法(回転運動を付与することによって球形の粒子に凝集させる方法)により湿潤造粒粒子を造粒する場合を例示したが、これに限定されない。造粒方法は、各成分を混合して造粒し得るものであればよく、例えば、流動層造粒法、転動造粒法等により湿潤造粒粒子を造粒してもよい。このような場合でも、炭素材料を投入する前に、金属系負極活物質とバインダとを先に接触させることで、金属系負極活物質の周囲にバインダを優先的に配置でき、前述した効果を得ることができる。ただし、上述した実施形態の如く、攪拌造粒法を用いて湿潤造粒粒子を造粒した方が、湿潤造粒粒子を安定して得られる観点からは好ましい。 For example, in the above-described embodiment, the case where the wet granulated particles are granulated by the stirring granulation method (the method of agglomerating the spherical particles by applying a rotational motion) is illustrated, but the present invention is not limited thereto. Any granulation method may be used as long as each component can be mixed and granulated. For example, wet granulated particles may be granulated by a fluidized bed granulation method, a rolling granulation method, or the like. Even in such a case, the binder can be preferentially disposed around the metallic negative electrode active material by bringing the metallic negative electrode active material and the binder into contact with each other before introducing the carbon material. Can be obtained. However, as in the above-described embodiment, it is preferable to granulate wet granulated particles using the stirring granulation method from the viewpoint of stably obtaining wet granulated particles.
また、上述した実施形態では、第2攪拌処理において金属系負極活物質とバインダと溶媒との粒状混合物を形成し、この粒状混合物に炭素材料を混合する場合を例示したが、球形化するタイミングはこれに限定されない。例えば、第3攪拌処理において球形化を行い、金属系負極活物質と炭素材料とバインダと溶媒とを含む湿潤造粒粒子を造粒してもよい。本発明によれば、球形化のタイミングにかかわらず、炭素材料を投入する前に、金属系負極活物質とバインダとを先に接触させることで、金属系負極活物質の周囲にバインダを優先的に配置でき、前述した効果を得ることができる。ただし、上述した実施形態の如く、金属系負極活物質とバインダと溶媒との粒状混合物を形成し、かかる粒状混合物に炭素材料を混合した方が、金属系負極活物質の周囲にバインダをより効率よく配置する観点からは好ましい。 Further, in the above-described embodiment, a case where a granular mixture of a metal-based negative electrode active material, a binder, and a solvent is formed in the second stirring treatment, and a carbon material is mixed with this granular mixture is illustrated. It is not limited to this. For example, spheronization may be performed in the third stirring treatment, and wet granulated particles containing a metal-based negative electrode active material, a carbon material, a binder, and a solvent may be granulated. According to the present invention, regardless of the spheroidization timing, the binder is preferentially disposed around the metallic negative electrode active material by bringing the metallic negative electrode active material and the binder into contact with each other before introducing the carbon material. The above-described effects can be obtained. However, as in the above-described embodiment, it is more efficient to form a granular mixture of a metallic negative electrode active material, a binder, and a solvent, and to mix a carbon material into the granular mixture so that the binder is more efficient around the metallic negative electrode active material. It is preferable from the viewpoint of arranging well.
また、上述した実施形態では、湿潤造粒粒子をロールプレスして塗膜を形成し、かかる塗膜を負極集電体上に転写して負極活物質層を形成する場合を例示したが、負極活物質層の形成方法はこれに限定されない。例えば、湿潤造粒粒子を負極集電体上に堆積した後、プレス成形して負極活物質層を形成してもよい。ただし、上述した実施形態の如く、湿潤造粒粒子をロールプレスして塗膜を形成し、かかる塗膜を負極集電体上に転写して負極活物質層を形成した方が、生産効率の観点からは好ましい。 In the above-described embodiment, the wet granulated particles are roll-pressed to form a coating film, and the coating film is transferred onto the negative electrode current collector to form the negative electrode active material layer. The method for forming the active material layer is not limited to this. For example, the wet granulated particles may be deposited on the negative electrode current collector and then press-molded to form the negative electrode active material layer. However, as in the above-described embodiment, it is more effective to roll press wet granulated particles to form a coating film and transfer the coating film onto the negative electrode current collector to form the negative electrode active material layer. It is preferable from the viewpoint.
また、二次電池の種類は上述したリチウムイオン二次電池に限られず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池であってもよい。また、該電池の大きさおよびその他の構成についても、用途(典型的には車載用)によって適切に変更することができる。 The type of secondary battery is not limited to the above-described lithium ion secondary battery, and may be batteries having various contents with different electrode body constituent materials and electrolytes. Further, the size and other configurations of the battery can be appropriately changed depending on the application (typically for in-vehicle use).
ここで提案される製造方法によって製造された負極を備える二次電池は、クラックが生じ難く、耐久性に優れた負極を備えている。このため、耐久性が要求される用途で好ましく用いられる。かかる用途としては、例えば、車両に搭載されるモーター用の動力源(駆動用電源)が挙げられる。車両の種類は特に限定されないが、例えば、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)、電気トラック、原動機付自転車、電動アシスト自転車、電動車いす、電気鉄道等が挙げられる。なお、かかる二次電池は、それらの複数個を直列および/または並列に接続してなる組電池の形態で使用されてもよい。 The secondary battery including the negative electrode manufactured by the manufacturing method proposed here has a negative electrode that is less prone to cracking and excellent in durability. For this reason, it is preferably used in applications where durability is required. As such an application, for example, a power source (drive power source) for a motor mounted on a vehicle can be cited. The type of vehicle is not particularly limited, and examples thereof include plug-in hybrid vehicles (PHV), hybrid vehicles (HV), electric vehicles (EV), electric trucks, motorbikes, electric assist bicycles, electric wheelchairs, electric railways, and the like. It is done. Such secondary batteries may be used in the form of an assembled battery formed by connecting a plurality of them in series and / or in parallel.
10 湿潤造粒粒子
12 金属系負極活物質
14 炭素材料
16 バインダ
100 二次電池
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記湿潤造粒粒子から構成された粉体をプレス成形することにより負極集電体上に負極活物質層を形成する工程と
を包含し、
前記造粒工程には、
前記金属系負極活物質と前記バインダと前記溶媒とを混合する第1混合処理と、
前記第1混合処理の後、得られた混合物に前記炭素材料を混合する第2混合処理と
が含まれる、二次電池用負極の製造方法。 Wet granulated particles comprising a metal-based negative electrode active material having at least one metal element as a constituent element, a carbon material, a binder, and a solvent , wherein the particles have a solid content of 70% by mass or more A granulation process for granulating
Forming a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector by press molding a powder composed of the wet granulated particles,
In the granulation step,
A first mixing process of mixing the metal-based negative electrode active material, the binder, and the solvent;
The manufacturing method of the negative electrode for secondary batteries including the 2nd mixing process which mixes the said carbon material with the obtained mixture after the said 1st mixing process.
前記金属系負極活物質と前記バインダとを粉末同士で攪拌する第1攪拌処理と、
前記第1攪拌処理の後、得られた攪拌物に前記溶媒を混合して攪拌する第2攪拌処理と
が含まれる、請求項1〜4の何れか一つに記載の製造方法。 In the first mixing process,
A first stirring treatment of stirring the metal-based negative electrode active material and the binder between powders;
The manufacturing method as described in any one of Claims 1-4 with which the 2nd stirring process which mixes the said solvent with the obtained stirring thing and stirs after the said 1st stirring process.
前記第1攪拌処理における攪拌装置の攪拌回転数が、前記第2攪拌処理における攪拌装置の攪拌回転数よりも大きくなるように設定する、請求項5に記載の製造方法。
Performing the first stirring process and the second stirring process using the same stirring apparatus; and
The manufacturing method according to claim 5, wherein the stirring rotation speed of the stirring device in the first stirring process is set to be larger than the stirring rotation speed of the stirring apparatus in the second stirring process.
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