JP6566622B2 - Thickening / stabilizing agent for electrode coating liquid of power storage device, coating liquid prepared using the thickening / stabilizing agent, electrode manufactured using the coating liquid, and power storage device using the electrode - Google Patents
Thickening / stabilizing agent for electrode coating liquid of power storage device, coating liquid prepared using the thickening / stabilizing agent, electrode manufactured using the coating liquid, and power storage device using the electrode Download PDFInfo
- Publication number
- JP6566622B2 JP6566622B2 JP2014204040A JP2014204040A JP6566622B2 JP 6566622 B2 JP6566622 B2 JP 6566622B2 JP 2014204040 A JP2014204040 A JP 2014204040A JP 2014204040 A JP2014204040 A JP 2014204040A JP 6566622 B2 JP6566622 B2 JP 6566622B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- storage device
- coating liquid
- electricity storage
- cellulose
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
本発明は、蓄電デバイスの電極塗工液用増粘・安定剤、該増粘・安定剤を用いて調製された塗工液、該塗工液を用いて製造された電極、及び該電極を使用した蓄電デバイスに関するものである。 The present invention relates to a thickener / stabilizer for an electrode coating solution of an electricity storage device, a coating solution prepared using the thickener / stabilizer, an electrode manufactured using the coating solution, and the electrode It relates to the electricity storage device used.
近年、電子機器の駆動用電源として電圧が高く、高いエネルギー密度を有する蓄電デバイスが要求されている。特にリチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタなどは、高電圧、高エネルギー密度の蓄電デバイスとして期待されている。このように蓄電デバイスに使用される電極は、通常、活物質粒子、結着剤との混合物を集電体表面へ塗布・乾燥することにより製造される。蓄電デバイスの一例として、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタなどが挙げられる。
これらの蓄電デバイスは、主に電極、非水電解液および通常セパレーターなどの部材から構成される。このうち蓄電デバイス用電極は、例えば電池活物質と導電材を結着剤とともに有機溶剤または水に分散させた蓄電デバイス用電極合剤を、集電体表面である金属箔上に塗布し、乾燥させることにより形成される。蓄電デバイスの特性は、使われる電極活物質、電解質、集電体などの主要構成材料によって大きく左右されることはもちろんであるが、添加剤として用いられる結着剤や増粘安定剤によっても大きく左右される。
In recent years, a power storage device having a high voltage and a high energy density has been required as a power source for driving electronic devices. In particular, lithium ion secondary batteries, lithium ion capacitors, and the like are expected as power storage devices with high voltage and high energy density. Thus, the electrode used for an electrical storage device is normally manufactured by apply | coating and drying the mixture with an active material particle and a binder to the collector surface. Examples of the electricity storage device include a lithium ion secondary battery, an electric double layer capacitor, and a lithium ion capacitor.
These power storage devices are mainly composed of members such as electrodes, a non-aqueous electrolyte, and a normal separator. Among these, for the electrode for the electricity storage device, for example, the electrode mixture for the electricity storage device in which the battery active material and the conductive material are dispersed in an organic solvent or water together with the binder is applied onto the metal foil on the surface of the current collector and dried. Is formed. The characteristics of the electricity storage device are largely influenced by the main constituent materials such as the electrode active material, the electrolyte, and the current collector, but are also greatly affected by the binder and thickening stabilizer used as additives. It depends.
蓄電デバイス用電極合剤は、主にポリマーを有機溶剤に溶解させた有機溶剤系結着剤とポリマーを水に溶解または分散させた水系の結着剤とに分けられる。特に最近は、有機溶剤の使用による電極製造コストの低減や、環境負荷、作業環境を改善しできることから、水系の結着剤を用いた、水系蓄電デバイス用電極合剤が注目されている。 The electrode mixture for an electricity storage device is mainly classified into an organic solvent-based binder in which a polymer is dissolved in an organic solvent and an aqueous binder in which a polymer is dissolved or dispersed in water. Particularly recently, an electrode mixture for an aqueous storage device using an aqueous binder has attracted attention because it can reduce the cost of manufacturing an electrode by using an organic solvent and can improve the environmental load and the working environment.
しかし、電極活物質や導電材は通常疎水性が高いため、水系媒体に均一に分散させるのが困難である。分散が不十分な電極合剤を用いると集電体への塗工性が悪化し電極が不均一になったり、電極表面に凝集塊が残存し電池にしたときに短絡が生じたりする恐れがある。 However, since electrode active materials and conductive materials are usually highly hydrophobic, it is difficult to uniformly disperse them in an aqueous medium. If an electrode mixture with insufficient dispersion is used, the applicability to the current collector may deteriorate and the electrode may become non-uniform, or agglomerates may remain on the surface of the electrode, causing a short circuit. is there.
増粘安定剤は電極活物質を分散安定化し、電極塗工液の塗工に適した粘性を付与する目的で添加される。従来、増粘安定剤としては水溶性高分子が用いられ、その中でもカルボキシメチルセルロースの分散安定力が優れているため増粘安定剤として用いられる。(特許文献1、特許文献2)しかしながらこれで満足できるものではなく、電池性能を向上させる目的で、さらに分散安定性にすぐれた増粘安定剤が求められている。 The thickening stabilizer is added for the purpose of stabilizing the dispersion of the electrode active material and imparting viscosity suitable for application of the electrode coating solution. Conventionally, a water-soluble polymer is used as the thickening stabilizer, and among them, carboxymethylcellulose is used as a thickening stabilizer because of its excellent dispersion stability. (Patent Documents 1 and 2) However, this is not satisfactory, and a thickening stabilizer having further excellent dispersion stability is required for the purpose of improving battery performance.
電極活物質の分散は、電極活物質、増粘安定剤、分散媒、その他の成分を混合して電極塗工液を作成することで実施される。その際に電極活物質の分散性を上げるためには、分散能力の大きな混合・分散機を用いることが好ましいが(特許文献3、特許文献4)、そのような混合・分散機を用いると上記の従来知られる増粘安定剤は混合・分散機のせん断力により分子鎖の切断が起こり電極塗工液の粘度が低下し、塗工性の低下や電極塗工液の安定性低下が起こる問題があった。 The electrode active material is dispersed by mixing an electrode active material, a thickening stabilizer, a dispersion medium, and other components to prepare an electrode coating solution. In this case, in order to increase the dispersibility of the electrode active material, it is preferable to use a mixer / disperser having a large dispersion capacity (Patent Document 3 and Patent Document 4). The conventionally known thickening stabilizers of this type cause the molecular chain breakage due to the shearing force of the mixer / disperser, resulting in a decrease in the viscosity of the electrode coating solution, resulting in a decrease in coating properties and a decrease in the stability of the electrode coating solution. was there.
特許文献5においては、電極塗工液中のカルボキシメチルセルロースの未溶解物が原因で、集電基板上に塗布された電極塗工液の表面にスジ状の欠陥(ストリーク)を生じてしまい、これにより電極にスジ(ストリーク)、ピンホールといった欠陥が生じるのを未然に防止するため、粒子径が50um未満の微細で水溶性のカルボキシメチルセルロースの使用について記載されている。しかしながら、カルボキシメチルセルロースの未溶解物は十分に除去されておらず、電極にスジ(ストリーク)、ピンホールといった欠陥が生じ得る。 In Patent Document 5, streaky defects (streaks) are generated on the surface of the electrode coating liquid applied on the current collector substrate due to the undissolved carboxymethylcellulose in the electrode coating liquid. Describes the use of fine and water-soluble carboxymethylcellulose having a particle diameter of less than 50 μm in order to prevent defects such as streaks and pinholes from occurring in the electrode. However, undissolved carboxymethyl cellulose is not sufficiently removed, and defects such as streaks and pinholes may occur in the electrode.
本発明は、電極活物質や導電材の分散安定性に優れ、かつ、分散工程中に攪拌せん断力による粘度低下を起こさず、かつ結着性及び耐電解液性に優れ、かつ電極にスジ(ストリーク)、ピンホールといった欠陥が生じない、蓄電デバイスの電極塗工液用増粘・安定剤を提供することを目的とする。 The present invention is excellent in dispersion stability of an electrode active material and a conductive material, does not cause a decrease in viscosity due to a stirring shear force during the dispersion process, is excellent in binding property and resistance to electrolytic solution, and has a streak ( It is an object of the present invention to provide a thickener / stabilizer for an electrode coating solution of an electricity storage device that does not cause defects such as streak) and pinholes.
すなわち、本発明は下記に掲げる発明に関する。
〔1〕セルロース繊維を含有する蓄電デバイスの電極塗工液用増粘・安定剤であって、上記セルロース繊維のセルロース分子中の水酸基にカルボキシメチル基が導入されており、置換度が0.01以上0.5以下であり、
上記セルロースがI型及び/又はII型の結晶構造を有し、
上記セルロース繊維のアスペクト比が50以上であり、
上記セルロース繊維の数平均繊維幅が2nm以上500nm以下であることを特徴とする蓄電デバイスの電極塗工液用増粘・安定剤。
〔2〕上記電極塗工液用増粘・安定剤を含有する蓄電デバイス用塗工液組成物。
〔3〕好ましい実施形態として、上記セルロース繊維の含有量が蓄電デバイス用塗工液組成物の固形分100質量部に対し0.05質量%以上5.00質量%以下である蓄電デバイス用塗工液組成物。
〔4〕上記蓄電デバイス用塗工液組成物を使用して製造される蓄電デバイス用電極。
〔5〕好ましい実施形態として、活物質密度の厚み方向のバラツキが±5%以内である蓄電デバイス用電極。
〔6〕上記蓄電デバイス用電極を使用する蓄電デバイス。
That is, this invention relates to the invention hung up below.
[1] A thickener / stabilizer for an electrode coating solution of an electricity storage device containing cellulose fiber, wherein a carboxymethyl group is introduced into a hydroxyl group in the cellulose molecule of the cellulose fiber, and the degree of substitution is 0.01 Is 0.5 or less,
The cellulose has a crystal structure of type I and / or type II,
The aspect ratio of the cellulose fiber is 50 or more,
A thickener / stabilizer for an electrode coating solution of an electricity storage device, wherein the number average fiber width of the cellulose fibers is 2 nm or more and 500 nm or less.
[2] A coating solution composition for an electricity storage device containing the thickener / stabilizer for the electrode coating solution.
[3] As a preferred embodiment, the cellulose fiber content is 0.05 mass% or more and 5.00 mass% or less based on 100 mass parts of the solid content of the electrical storage device coating liquid composition. Liquid composition.
[4] An electrode for an electricity storage device produced using the coating solution composition for an electricity storage device.
[5] As a preferred embodiment, an electrode for an electricity storage device in which variation in the thickness direction of the active material density is within ± 5%.
[6] An electricity storage device using the electrode for an electricity storage device.
本発明の蓄電デバイスの電極塗工液用増粘・安定剤は、高い分散安定性が得られ、また、電極活物質が均一に分散されるため、得られる蓄電デバイスは電子伝導性が高く、それにともなって内部抵抗が低いこと、また、該塗工液で製造された電極が結着性及び耐電解液性に優れるため、電池性能が高くなる効果がある。
さらに、本発明の蓄電デバイスの電極塗工液用増粘・安定剤は強力な機械的分散条件でも攪拌せん断力を受けて粘度低下を起こすことがないため強力な機械的分散条件での分散が可能となり、その結果として電極活物質を均一に分散させることが可能となる。また、分散後も粘度を維持することができるため、塗工性と保存安定性に優れた電極塗工液が得られる。
The thickener / stabilizer for the electrode coating liquid of the electricity storage device of the present invention has high dispersion stability, and since the electrode active material is uniformly dispersed, the obtained electricity storage device has high electron conductivity, Accordingly, the internal resistance is low, and the electrode manufactured with the coating solution is excellent in binding property and electrolytic solution resistance, so that the battery performance is enhanced.
Furthermore, since the thickener / stabilizer for electrode coating liquid of the electricity storage device of the present invention does not decrease the viscosity due to the stirring shear force even under strong mechanical dispersion conditions, dispersion under strong mechanical dispersion conditions is possible. As a result, the electrode active material can be uniformly dispersed. Moreover, since the viscosity can be maintained even after dispersion, an electrode coating solution excellent in coating property and storage stability can be obtained.
次に、本発明の実施の形態を詳しく説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail.
本発明の蓄電デバイスの電極塗工液用増粘・安定剤は、下記のセルロース繊維を含有するものである。
セルロース分子中の水酸基に置換基が導入されており、置換度が0.01以上0.5以下であり、
上記セルロースがI型及び/又はII型の結晶構造を有し、
上記セルロース繊維のアスペクト比が50以上であり、
上記セルロース繊維の数平均繊維幅が2nm以上500nm以下である。
The thickener / stabilizer for electrode coating solution of the electricity storage device of the present invention contains the following cellulose fiber.
A substituent is introduced into the hydroxyl group in the cellulose molecule, the degree of substitution is 0.01 or more and 0.5 or less,
The cellulose has a crystal structure of type I and / or type II,
The aspect ratio of the cellulose fiber is 50 or more,
The number average fiber width of the cellulose fibers is 2 nm or more and 500 nm or less.
上記セルロース繊維はセルロース分子中の水酸基に置換基が導入されている。上記置換基はセルロース分子中の水酸基との間にエーテル結合が生じる置換基であれば特に制限されない。具体的には、カルボキシメチル基、メチル基、エチル基、シアノエチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、エチルヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピルメチル基等があげられる。これらのうち、カルボキシメチル基が好ましい。 In the cellulose fiber, a substituent is introduced into a hydroxyl group in the cellulose molecule. The substituent is not particularly limited as long as it is a substituent that generates an ether bond with a hydroxyl group in the cellulose molecule. Specific examples include carboxymethyl group, methyl group, ethyl group, cyanoethyl group, hydroxyethyl group, hydroxypropyl group, ethylhydroxyethyl group, hydroxypropylmethyl group and the like. Of these, a carboxymethyl group is preferred.
上記置換度は、無水グルコース単位1モル当たりの置換基のモル数の平均値を表している。 The degree of substitution represents the average value of the number of moles of substituents per mole of anhydroglucose unit.
上記置換度は0.01以上0.5以下であり、好ましくは0.01以上0.25以下である。置換度が0.01未満ではセルロース繊維の解繊が難しく、0.50超の場合はセルロース繊維の一部が溶解し、電極塗工液の分散安定性が悪くなるという不具合が生じる。 The degree of substitution is 0.01 or more and 0.5 or less, preferably 0.01 or more and 0.25 or less. When the degree of substitution is less than 0.01, it is difficult to defibrate the cellulose fiber, and when it exceeds 0.50, a part of the cellulose fiber is dissolved, resulting in poor dispersion stability of the electrode coating solution.
上記セルロースはI型及び/又はII型の結晶構造を有する。上記セルロースがI型及び/又はII型の結晶構造を有することは、例えば、広角X線回折像測定により得られる回折プロファイルにおいて、セルロースI型(回折角2θ=14.8°、16.8°、22.6°)またはセルロースII型(回折角2θ=12.1°、19.8°、22.0°)に典型的なX線回折パターンをもつことから同定することができる。 The cellulose has a crystal structure of type I and / or type II. The cellulose has a crystal structure of type I and / or type II. For example, in a diffraction profile obtained by wide-angle X-ray diffraction image measurement, cellulose type I (diffraction angle 2θ = 14.8 °, 16.8 ° 22.6 °) or cellulose type II (diffractive angles 2θ = 12.1 °, 19.8 °, 22.0 °), which has a typical X-ray diffraction pattern.
上記セルロース繊維のアスペクト比は50以上であり、より好ましくは100以上である。アスペクト比が50未満の場合、電極塗工液の分散安定性が悪くなるという不具合が生じる。 The aspect ratio of the cellulose fiber is 50 or more, more preferably 100 or more. When the aspect ratio is less than 50, there arises a problem that the dispersion stability of the electrode coating solution is deteriorated.
上記セルロースのアスペクト比は、例えば以下の方法で測定することが出来る、すなわ
ち、セルロースを親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストした後、2%ウ
ラニルアセテートでネガティブ染色したTEM像(倍率:10000倍)から、セルロー
スの短幅の方の数平均幅、および長幅の方の数平均幅を観察した。すなわち、各先に述べ
た方法に従い、短幅の方の数平均幅、および長幅の方の数平均幅を算出し、これらの値を
用いてアスペクト比を下記の式(1)に従い算出した。
The aspect ratio of the cellulose can be measured, for example, by the following method, that is, a TEM image (magnification: magnification: cellulose is cast on a carbon film-coated grid that has been hydrophilized and then negatively stained with 2% uranyl acetate. The number average width of the short width and the number average width of the long width were observed. That is, the number average width of the shorter width and the number average width of the longer width are calculated according to the methods described above, and the aspect ratio is calculated according to the following formula (1) using these values. .
上記数平均繊維幅は以下の方法で測定することができる。すなわち、固形分率で0.05〜0.1重量%の微細セルロースの水分散体を調製し、その分散体を、親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストして、透過型電子顕微鏡(TEM)の観察用試料とする。なお、大きな繊維径の繊維を含む場合には、ガラス上へキャストした表面の走査型電子顕微鏡(SEM)像を観察してもよい。そして、構成する繊維の大きさに応じて5000倍、10000倍あるいは50000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。その際に、得られた画像内に縦横任意の画像幅の軸を想定し、その軸に対し、20本以上の繊維が交差するよう、試料および観察条件(倍率等)を調節する。そして、この条件を満たす観察画像を得た後、この画像に対し、1枚の画像当たり縦横2本ずつの無作為な軸を引き、軸に交錯する繊維の幅を目視で読み取っていく。このようにして、最低3枚の重複しない表面部分の画像を、電子顕微鏡で撮影し、各々2つの軸に交錯する繊維の幅の値を読み取る(したがって、最低20本×2×3=120本の幅の情報が得られる)。このようにして得られた繊維の数平均幅のデータにより、短幅の方及び長幅の方の数平均幅を算出する。 The number average fiber width can be measured by the following method. That is, an aqueous dispersion of fine cellulose having a solid content of 0.05 to 0.1% by weight was prepared, and the dispersion was cast on a carbon film-coated grid that had been subjected to a hydrophilization treatment. (TEM) observation sample. In addition, when the fiber of a big fiber diameter is included, you may observe the scanning electron microscope (SEM) image of the surface cast on glass. Then, observation with an electron microscope image is performed at a magnification of 5000 times, 10000 times, or 50000 times depending on the size of the constituent fibers. At that time, an axis having an arbitrary vertical and horizontal image width is assumed in the obtained image, and the sample and observation conditions (magnification, etc.) are adjusted so that 20 or more fibers intersect the axis. Then, after obtaining an observation image that satisfies this condition, two random axes, vertical and horizontal, per image are drawn on this image, and the width of the fiber that intersects the axis is visually read. In this way, images of at least three non-overlapping surface portions are taken with an electron microscope and the width values of the fibers intersecting each other on two axes are read (thus, at least 20 × 2 × 3 = 120). Information on the width of The number average width of the short width and the long width is calculated from the data of the number average width of the fibers thus obtained.
本発明のセルロース繊維を得るためには、下記に例示するセルロースを公知の方法を用いてアニオン変性させることが必要である。その一例として次のような製造方法をあげることができる。セルロースを原料とし、溶媒に重量で3〜20倍の低級アルコール、具体的にはメタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、t−ブチルアルコール等の単独、又は2種以上の混合物と水の混合媒体を使用する。なお、低級アルコールの混合割合は、60〜95質量%である。マーセル化剤としては、セルロースのグルコース残基当たり0.5〜20倍モルの水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを使用する。セルロースと溶媒、マーセル化剤を混合してマーセル化処理を行う。このときの反応温度は0〜70℃、好ましくは10〜60℃であり、反応時間は15分〜8時間、好ましくは30分〜7時間である。その後、カルボキシメチル化剤をグルコース残基当たり0.05〜10.0倍モル添加してエーテル化反応を行う。このときの反応温度は30〜90℃、好ましくは40〜80℃であり、反応時間は30分〜10時間、好ましくは1時間〜4時間である。 In order to obtain the cellulose fiber of the present invention, it is necessary to anion-modify the cellulose exemplified below using a known method. The following manufacturing method can be mention | raise | lifted as the example. Cellulose is used as a raw material, and the solvent is 3 to 20 times lower alcohol, specifically methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, isobutyl alcohol, t-butyl alcohol, etc. Use a mixture of two or more mixtures and water. In addition, the mixing ratio of a lower alcohol is 60-95 mass%. As the mercerizing agent, 0.5 to 20 times moles of alkali metal hydroxide, specifically sodium hydroxide or potassium hydroxide is used per glucose residue of cellulose. Cellulose is formed by mixing cellulose, a solvent, and a mercerizing agent. The reaction temperature at this time is 0 to 70 ° C., preferably 10 to 60 ° C., and the reaction time is 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours. Thereafter, the etherification reaction is carried out by adding 0.05 to 10.0 times mole of carboxymethylating agent per glucose residue. The reaction temperature at this time is 30 to 90 ° C., preferably 40 to 80 ° C., and the reaction time is 30 minutes to 10 hours, preferably 1 to 4 hours.
本発明のセルロース原料は、晒又は未晒木材パルプ、精製リンター、酢酸菌等の微生物によって生産されるセルロース等の天然セルロースや、セルロースを銅アンモニア溶液、モルホリン誘導体等、何らかの溶媒に溶解し、改めて紡糸された再生セルロース、及び上記セルロース系素材の加水分解、アルカリ加水分解、酵素分解、爆砕処理、振動ボールミル処理等によって解重合処理した微細セルロース又は機械的に処理した微細セルロースが例示される。 The cellulose raw material of the present invention is a natural cellulose such as cellulose produced by microorganisms such as bleached or unbleached wood pulp, refined linter, and acetic acid bacteria, and cellulose is dissolved in some solvent such as a copper ammonia solution and a morpholine derivative. Examples include spun regenerated cellulose and fine cellulose that has been depolymerized by hydrolysis, alkali hydrolysis, enzymatic decomposition, explosion treatment, vibration ball mill treatment, or the like, or mechanically processed fine cellulose.
本発明のセルロース繊維は、アニオン変性したセルロースを高圧ホモジナイザー等によって解繊処理することで得ることができる。高圧ホモジナイザーとは、ポンプによって流体に加圧し、流路に設けた非常に繊細な間隙より噴出させる装置である。粒子間の衝突、圧力差による剪断力等の総合エネルギーによって乳化・分散・解繊・粉砕・超微細化を行うことができる。 The cellulose fiber of the present invention can be obtained by fibrillating an anion-modified cellulose with a high-pressure homogenizer or the like. A high-pressure homogenizer is a device that pressurizes a fluid with a pump and ejects it from a very delicate gap provided in a flow path. It is possible to emulsify, disperse, defibrate, grind, and make ultrafine particles by using total energy such as collision between particles and shear force due to pressure difference.
本発明のホモジナイザーによる処理条件としては、特に限定されるものではないが、圧力条件としては、30MPa以上、好ましくは100MPa以上、さらに好ましくは140MPa以上である。また、高圧ホモジナイザーでの解繊・分散処理に先立って、必要に応じて、高速せん断ミキサーなどの公知の混合、攪拌、乳化、分散装置を用いて、アニオン変性されたセルロースに予備処理を施すことも可能である。 The treatment conditions with the homogenizer of the present invention are not particularly limited, but the pressure conditions are 30 MPa or more, preferably 100 MPa or more, more preferably 140 MPa or more. In addition, prior to defibration / dispersion treatment with a high-pressure homogenizer, if necessary, pretreatment of anion-modified cellulose is performed using a known mixing, stirring, emulsifying, and dispersing device such as a high-speed shear mixer. Is also possible.
本発明の蓄電デバイスの電極用塗工液組成物は、増粘・安定剤として上記セルロース繊維を増粘・安定剤使用として含有するものである。 The electrode coating liquid composition for an electricity storage device of the present invention contains the cellulose fiber as a thickener / stabilizer as a thickener / stabilizer.
前記セルロースの含有量は、蓄電デバイス用塗工液組成物の固形分100質量%に対し0.05質量%以上5.00質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.2質量%以上2.0質量%以下である。前記セルロースの含有量が0.05質量%未満の場合、分散安定性が悪化するという不具合が生じ、5.00質量%を超える場合は、電池の内部抵抗が増すという不具合が生じる。 The cellulose content is preferably 0.05% by mass or more and 5.00% by mass or less, more preferably 0.2% by mass or more, with respect to 100% by mass of the solid content of the coating liquid composition for an electricity storage device. It is 2.0 mass% or less. When the cellulose content is less than 0.05% by mass, there is a problem that the dispersion stability is deteriorated, and when it exceeds 5.00% by mass, there is a problem that the internal resistance of the battery is increased.
本発明の蓄電デバイスの電極用塗工液組成物には、使用される蓄電デバイスの種類に応じて電極活物質、導電剤、及びこれらを集電体に結着させる結着剤を含有することができる。上記蓄電デバイスとしては、公知の蓄電デバイスを挙げることができるが、特に限定されないが具体的にはリチウム二次電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等が挙げられる。以下、それぞれの蓄電デバイスに使用される電極活物質、導電剤、及びこれらを集電体に結着させる結着剤について説明する。 The electrode coating liquid composition for an electricity storage device of the present invention contains an electrode active material, a conductive agent, and a binder that binds them to a current collector according to the type of the electricity storage device used. Can do. Examples of the electricity storage device include known electricity storage devices, but are not particularly limited, and specific examples include a lithium secondary battery, an electric double layer capacitor, and a lithium ion capacitor. Hereinafter, the electrode active material, the conductive agent, and the binder that binds these to the current collector used in each power storage device will be described.
本発明の蓄電デバイスのうち、リチウム二次電池の正極に使用する正極活物質としては、リチウムイオンの挿入、脱離が可能であるものであれば、特に制限されることはない。例としては、CuO、Cu2O、MnO2、MoO3、V2O5、CrO3、MoO3、Fe2O3、Ni2O3、CoO3等の金属酸化物、LixCoO2、LixNiO2、LixMn2O4、LiFePO4等のリチウムと遷移金属との複合酸化物や、TiS2、MoS2、NbSe3等の金属カルコゲン化物、ポリアセン、ポリパラフェニレン、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子化合物等が挙げられる。 In the electricity storage device of the present invention, the positive electrode active material used for the positive electrode of the lithium secondary battery is not particularly limited as long as it can insert and desorb lithium ions. Examples include metal oxides such as CuO, Cu 2 O, MnO 2 , MoO 3 , V 2 O 5 , CrO 3 , MoO 3 , Fe 2 O 3 , Ni 2 O 3 , CoO 3 , LixCoO 2 , LixNiO 2. , LixMn 2 O 4 , LiFePO 4 and other complex oxides of lithium and transition metals, TiS 2 , MoS 2 , NbSe 3 and other metal chalcogenides, polyacene, polyparaphenylene, polypyrrole, polyaniline and other conductive polymers Compounds and the like.
上記の中でも、一般に高電圧系と呼ばれる、コバルト、ニッケル、マンガン等の遷移金属から選ばれる1種以上とリチウムとの複合酸化物がリチウムイオンの放出性や、高電圧が得られやすい点で好ましい。コバルト、ニッケル、マンガンとリチウムとの複合酸化物の具体例としては、LiCoO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNixCo(1−x)O2、LiMnaNibCoc(a+b+c=1)などが挙げられる。また、これらのリチウム複合酸化物に、少量のフッ素、ホウ素、アルミニウム、クロム、ジルコニウム、モリブデン、鉄などの元素をドーブしたものや、リチウム複合酸化物の粒子表面を、炭素、MgO、Al2O3、SiO2等で表面処理したものも使用できる。上記正極活物質は2種類以上を併用することも可能である。 Among these, a composite oxide of lithium and one or more selected from transition metals such as cobalt, nickel, and manganese, which is generally called a high voltage system, is preferable in terms of lithium ion release properties and high voltage. . Specific examples of the composite oxide of cobalt, nickel, manganese and lithium include LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNixCo (1-x) O 2 , LiMnaNibCoc (a + b + c = 1) and the like. It is done. In addition, these lithium composite oxides doped with a small amount of elements such as fluorine, boron, aluminum, chromium, zirconium, molybdenum, iron, etc., or the surface of lithium composite oxide particles are made of carbon, MgO, Al 2 O 3 , those treated with SiO 2 or the like can also be used. Two or more kinds of the positive electrode active materials can be used in combination.
上記リチウム二次電池の負極に使用する負極活物質としては、金属リチウム又はリチウムイオンを挿入/脱離することができるものであれば公知の活物質を特に限定なく用いることができる。たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素などの炭素材料を用いることができる。また、金属リチウムや合金、スズ化合物などの金属材料、リチウム遷移金属窒化物、結晶性金属酸化物、非晶質金属酸化物、ケイ素化合物、導電性ポリマー等を用いることもでき、具体例としては、Li4Ti5O12、NiSi5C6等が挙げられる。 As the negative electrode active material used for the negative electrode of the lithium secondary battery, any known active material can be used without particular limitation as long as it can insert / extract metallic lithium or lithium ions. For example, carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, non-graphitizable carbon, and graphitizable carbon can be used. In addition, metallic materials such as metallic lithium, alloys, tin compounds, lithium transition metal nitrides, crystalline metal oxides, amorphous metal oxides, silicon compounds, conductive polymers, etc. can be used. , Li 4 Ti 5 O 12 , NiSi 5 C 6 and the like.
本発明の蓄電デバイスのうち、例えば電気二重層キャパシタ用電極に用いる電極活物質としては、通常、炭素の同素体が用いられる。炭素の同素体の具体例としては、活性炭、ポリアセン、カーボンウィスカ及びグラファイト等が挙げられ、これらの粉末または繊維を使用することができる。好ましい電極活物質は活性炭であり、具体的にはフェノール樹脂、レーヨン、アクリロニトリル樹脂、ピッチ、およびヤシ殻等を原料とする活性炭を挙げることができる。 Among the electricity storage devices of the present invention, for example, an allotrope of carbon is usually used as an electrode active material used for an electrode for an electric double layer capacitor. Specific examples of the allotrope of carbon include activated carbon, polyacene, carbon whisker, and graphite, and these powders or fibers can be used. A preferred electrode active material is activated carbon, and specific examples include activated carbon made from phenol resin, rayon, acrylonitrile resin, pitch, coconut shell, and the like.
上記リチウムイオンキャパシタ用電極の正極に用いる電極活物質としては、リチウムイオンと、例えばテトラフルオロボレートのようなアニオンとを可逆的に担持できるものであれば良い。具体的には、通常、炭素の同素体が用いられ、電気二重層キャパシタで用いられる電極活物質が広く使用できる。 The electrode active material used for the positive electrode of the lithium ion capacitor electrode may be any material that can reversibly carry lithium ions and anions such as tetrafluoroborate. Specifically, an allotrope of carbon is usually used, and electrode active materials used in electric double layer capacitors can be widely used.
上記リチウムイオンキャパシタ用電極の負極に用いる電極活物質は、リチウムイオンを可逆的に担持できる物質である。具体的には、リチウムイオン二次電池の負極で用いられる電極活物質が広く使用できる。好ましくは、黒鉛、難黒鉛化炭素等の結晶性炭素材料、上記正極活物質としても記載したポリアセン系物質(PAS)等を挙げることができる。これらの炭素材料及びPASは、フェノール樹脂等を炭化させ、必要に応じて賦活され、次いで粉砕したものが用いられる。 The electrode active material used for the negative electrode of the said lithium ion capacitor electrode is a substance which can carry | support a lithium ion reversibly. Specifically, electrode active materials used in the negative electrode of lithium ion secondary batteries can be widely used. Preferred examples include crystalline carbon materials such as graphite and non-graphitizable carbon, and polyacene-based materials (PAS) described as the positive electrode active material. These carbon materials and PAS are obtained by carbonizing a phenol resin or the like, activated as necessary, and then pulverized.
本発明の蓄電デバイス用電極塗工液組成物には必要に応じて導電剤が用いられる。該導電剤としては、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば使用することができる。通常、アセチレンブラックやケッチンブラック等のカーボンブラックが使用されるが、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など)、人造黒鉛、カーボンウイスカー、炭素繊維や金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金等)粉末、金属繊維、導電性セラミックス材料等の導電性材料でもよい。これらは2種類以上の混合物として含ませることができる。その添加量は活物質量に対して0.1〜30重量%が好ましく、特に0.2〜20重量%が好ましい。 A conductive agent is used as necessary in the electrode coating liquid composition for an electricity storage device of the present invention. Any electrically conductive material that does not adversely affect battery performance can be used as the conductive agent. Usually, carbon black such as acetylene black and ketchin black is used, but natural graphite (scale-like graphite, scale-like graphite, earth-like graphite, etc.), artificial graphite, carbon whisker, carbon fiber and metal (copper, nickel, aluminum, A conductive material such as silver, gold, etc.) powder, metal fiber, or conductive ceramic material may be used. These can be included as a mixture of two or more. The addition amount is preferably 0.1 to 30% by weight, particularly preferably 0.2 to 20% by weight, based on the amount of the active material.
本発明の蓄電デバイスの電極用塗工液組成物に使用される電極用結着剤としては、水溶性及び/又は水分散性を有する高分子化合物が挙げられる、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンやパーフルオロメチルビニルエーテル及びテトラフルオロエチレンとの共重合体などのポリフッ化ビニリデン共重合体樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴムなどのフッ素系樹脂や、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、スチレン−アクリロニトリル共重合体などのポリマー、ポリウレタン、ポリアクリル酸、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、およびエポキシなどの樹脂の水分散物が使用可能であるが、これに限定されるものではない。これらの結着剤は単独で又は二種類以上を併用してもよい。 Examples of the electrode binder used in the electrode coating liquid composition for the electricity storage device of the present invention include water-soluble and / or water-dispersible polymer compounds, such as polyvinylidene fluoride and polyfluoride. Polyvinylidene fluoride copolymer resins such as copolymers of vinylidene with hexafluoropropylene, perfluoromethyl vinyl ether and tetrafluoroethylene, fluorine resins such as polytetrafluoroethylene and fluororubber, styrene-butadiene rubber, ethylene- Polymers such as propylene rubber and styrene-acrylonitrile copolymer, and aqueous dispersions of resins such as polyurethane, polyacrylic acid, polyester, polyimide, polyamide, and epoxy can be used, but are not limited thereto. These binders may be used alone or in combination of two or more.
本発明の蓄電デバイスの電極用塗工液組成物には、本発明の効果を妨げない範囲で他の増粘・安定剤を添加することが出来る。該増粘・安定剤としては公知のものを使用することができ、特に制限されないが具体的には、具体的には、ヒドロキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースなどのセルロース類; ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダなどのポリカルボン酸系化合物; ポリビニルピロリドンなどのビニルピロリドン構造を有する化合物; ポリアクリルアマイド、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、アルギン酸ソーダ、キサンタンガム、カラギーナン、グアーガム、カンテン、デンプンなどから選択された1 種又は2 種以上が使用可能である。 Other thickening / stabilizing agents can be added to the electrode liquid coating composition for an electricity storage device of the present invention as long as the effects of the present invention are not hindered. As the thickener / stabilizer, known ones can be used and are not particularly limited. Specifically, hydroxymethylcellulose, carboxymethylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, etc. Celluloses; polycarboxylic acid compounds such as polyacrylic acid and polyacrylic acid soda; compounds having a vinylpyrrolidone structure such as polyvinylpyrrolidone; polyacrylamide, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, sodium alginate, xanthan gum, carrageenan, guar gum, One or more selected from agar, starch and the like can be used.
本発明の蓄電デバイスの電極は上記蓄電デバイスの電極用塗工液組成物を使用して製造されるものである。 The electrode of the electricity storage device of the present invention is produced using the coating solution composition for an electrode of the electricity storage device.
本発明の蓄電デバイスの電極は、公知の方法で製造することができる。特に制限されるものではないが具体的には、電極塗工液用増粘・安定剤、電極活物質、導電剤、及び結着剤等(以下、電極材料等という。)を混合してスラリー状の電極用塗工液組成物を調製し、集電体となるアルミ箔或いは銅箔等に塗布して分散媒を揮発させることにより製造することができる。 The electrode of the electricity storage device of the present invention can be produced by a known method. Although not particularly limited, specifically, a slurry obtained by mixing a thickener / stabilizer for an electrode coating solution, an electrode active material, a conductive agent, a binder, and the like (hereinafter referred to as an electrode material). It can manufacture by preparing the electrode-shaped coating liquid composition for electrodes, apply | coating to the aluminum foil or copper foil etc. which become a collector, and volatilizing a dispersion medium.
上記電極材料等の混合の方法・順序等は特に限定されず、例えば、活物質と導電剤は予め混合して用いることが可能であり、その場合の混合には、乳鉢、ミルミキサー、遊星型ボールミル又はシェイカー型ボールミルなどのボールミル、メカノフュージョン等を用いることができる。さらに、本発明の増粘・安定剤は混合時のせん断による粘度低下が起こらないため、高圧ホモジナイザイザー、超高圧ホモジナイザー、高速回転ミキサー、薄膜旋回式分散機などの高せん断分散機を用いることもでき、より電極活物質の分散性が向上する。 The method and order of mixing the electrode materials and the like are not particularly limited. For example, the active material and the conductive agent can be mixed in advance and used for mixing. In this case, the mortar, mill mixer, planetary type can be used. A ball mill such as a ball mill or a shaker type ball mill, a mechano-fusion, or the like can be used. Furthermore, since the viscosity-increasing / stabilizing agent of the present invention does not decrease in viscosity due to shear during mixing, a high-shear disperser such as a high-pressure homogenizer, an ultrahigh-pressure homogenizer, a high-speed rotating mixer, or a thin-film swirling disperser may be used. This further improves the dispersibility of the electrode active material.
本発明の蓄電デバイスの電極は、活物質密度の厚み方向のバラツキが±5%以内であることが好ましく、より好ましくは4%以内である。活物質密度の厚み方向のばらつきが±5%超の場合は電極内の活物質密度が不均一となり、電子伝導性に悪影響を及ぼすという不具合が生じる。 In the electrode of the electricity storage device of the present invention, the variation in the thickness direction of the active material density is preferably within ± 5%, more preferably within 4%. When the variation in the thickness direction of the active material density is more than ± 5%, the active material density in the electrode becomes non-uniform, which causes a problem that the electronic conductivity is adversely affected.
本発明において活物質密度の厚み方向のバラツキは以下の方法で測定されるものである。すなわち、電極断面の活物質密度分布を電子線プローブマイクロアナライザー(EPMA)にて測定して、活物質密度の厚さ方向のバラツキを測定した。 In the present invention, the variation in the thickness direction of the active material density is measured by the following method. That is, the active material density distribution of the electrode cross section was measured with an electron beam probe microanalyzer (EPMA), and the variation in the thickness direction of the active material density was measured.
本発明の蓄電デバイスは、前記蓄電デバイスの電極を使用して製造されるものである。 The electricity storage device of the present invention is manufactured using an electrode of the electricity storage device.
本発明の蓄電デバイスには上記蓄電デバイスの電極の他、一般的に蓄電デバイスに使用される部材を用いて製造されるのである。特に制限されるものではないが具体的には、集電体、セパレータ、電解液、電解質塩等が挙げられる。 The power storage device of the present invention is manufactured using members generally used for power storage devices in addition to the electrodes of the power storage device. Specific examples include, but are not limited to, a current collector, a separator, an electrolytic solution, and an electrolyte salt.
本発明の蓄電デバイスに使用される電極活物質の集電体としては、構成された電池において悪影響を及ぼさない電子伝導体であれば何でも使用可能である。例えば、正極用集電体としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス等の他に、接着性、導電性、耐酸化性向上の目的で、アルミニウムや銅等の表面を、カーボン、ニッケル、チタンや銀等で処理した物を用いることができる。また、負極用集電体としては、銅、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al−Cd合金等の他に、接着性、導電性、耐酸化性向上の目的で、銅等の表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀等で処理したものを用いることができる。これらの集電体材料は表面を酸化処理することも可能である。また、その形状については、フォイル状の他、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされた物、ラス体、多孔質体、発泡体等の成形体も用いられる。厚みは特に限定はないが、1〜100μmのものが通常用いられる。 As the current collector of the electrode active material used in the electricity storage device of the present invention, any electronic conductor that does not adversely affect the constructed battery can be used. For example, as a positive electrode current collector, aluminum, titanium, stainless steel, nickel, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, etc., in addition to aluminum for the purpose of improving adhesiveness, conductivity, and oxidation resistance. A material obtained by treating the surface of copper or copper with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. In addition to the current collector for negative electrode, copper, stainless steel, nickel, aluminum, titanium, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, Al-Cd alloy, etc., adhesion, conductivity, oxidation resistance For the purpose of improving the properties, it is possible to use a surface of copper or the like treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like. The surface of these current collector materials can be oxidized. Moreover, about the shape, molded bodies, such as a film form, a sheet form, a net form, the punched or expanded thing, a lath body, a porous body, and a foam other than foil shape, are also used. The thickness is not particularly limited, but a thickness of 1 to 100 μm is usually used.
本発明の蓄電デバイスに使用するセパレータは、通常の蓄電デバイスに用いられるセパレータを特に限定なしに使用でき、その例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン等よりなる多孔質樹脂、セラミック、不織布などが挙げられる。 As the separator used in the electricity storage device of the present invention, a separator used in an ordinary electricity storage device can be used without any particular limitation. Examples thereof include porous resins made of polyethylene, polypropylene, polyolefin, polytetrafluoroethylene, ceramics, and the like. And non-woven fabric.
本発明の蓄電デバイスに使用する電解液は、通常の蓄電デバイスに用いられる電解液であればよく、有機電解液およびイオン液体等の一般的なものを使用することができる。
本発明の蓄電デバイスに使用する電解質塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCl、LiBr、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LII、LiAlCl4、NaClO4、NaBF4、NaI等を挙げることができ、特に、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6などの無機リチウム塩、LiN(SO2CxF2x+1)(SO2CyF2y+1)で表される有機リチウム塩を挙げることができる。ここで、xおよびyは0又は1〜4の整数を表し、また、x+yは2〜8である。有機リチウム塩としては、具体的には、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)(SO2C2F5)、LiN(SO2CF3)(SO2C3F7)、LiN(SO2CF3)(SO2C4F9)、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2C2F5)(SO2C3F7)、LiN(SO2C2F5)(SO2C4F9)等が挙げられる。中でも、LiPF6、LiBF4、LiN(CF3SO2)2、LiN(SO2F)2、LiN(SO2C2F5)2などを電解質に使用すると、電気特性に優れるので好ましい。上記電解質塩は1種類用いても2種類以上用いても良い。このようなリチウム塩は、通常、0.1〜2.0モル/リットル、好ましくは0.3〜1.5モル/リットルの濃度で、電解液に含まれていることが望ましい。
The electrolytic solution used for the electricity storage device of the present invention may be an electrolyte solution used for a normal electricity storage device, and common ones such as an organic electrolyte solution and an ionic liquid can be used.
Examples of the electrolyte salt used in the electricity storage device of the present invention include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCl, LiBr, LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LII, LiAlCl 4 , NaClO 4 , NaBF 4 , NaI and the like, in particular, inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (SO 2 CxF2x + 1) (SO An organic lithium salt represented by 2 CyF2y + 1) can be given. Here, x and y represent 0 or an integer of 1 to 4, and x + y is 2 to 8. Specifically, as the organic lithium salt, LiN (SO 2 F) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 5 ), LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 3 F 7 ) LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ), LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) (SO 2 C 3 F 7 ), LiN (SO 2 C 2 F 5 ) (SO 2 C 4 F 9 ) and the like. Among them, it is preferable to use LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (SO 2 F) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 or the like as the electrolyte because it has excellent electrical characteristics. The above electrolyte salt may be used alone or in combination of two or more. Such a lithium salt is usually contained in the electrolytic solution at a concentration of 0.1 to 2.0 mol / liter, preferably 0.3 to 1.5 mol / liter.
本発明の蓄電デバイスに使用する電解質塩を溶解させる有機溶媒としては、蓄電デバイスの非水電解液に用いられる有機溶媒であれば特に限定されず、例えば、カーボネート化合物、ラクトン化合物、エーテル化合物、スルホラン化合物、ジオキソラン化合物、ケトン化合物、ニトリル化合物、ハロゲン化炭化水素化合物等を挙げることができる。詳しくは、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレングリコールジメチルカーボネート、プロピレングリコールジメチルカーボネート、エチレングリコールジエチルカーボネート、ビニレンカーボネート等のカーボネート類、γ−ブチルラクトン等のラクトン類、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,4−ジオキサンなどのエーテル類、スルホラン、3−メチルスルホラン等のスルホラン類、1,3−ジオキソラン等のジオキソラン類、4−メチル−2−ペンタノン等のケトン類、アセトニトリル、ピロピオニトリル、バレロニトリル、ベンソニトリル等のニトリル類、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、その他のメチルフォルメート、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、イミダゾリウム塩、4級アンモニウム塩などのイオン性液体等を挙げることができる。さらに、これらの混合物であってもよい。 The organic solvent for dissolving the electrolyte salt used in the electricity storage device of the present invention is not particularly limited as long as it is an organic solvent used in the nonaqueous electrolytic solution of the electricity storage device. For example, a carbonate compound, a lactone compound, an ether compound, sulfolane Examples include compounds, dioxolane compounds, ketone compounds, nitrile compounds, halogenated hydrocarbon compounds and the like. Specifically, carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, ethylene glycol dimethyl carbonate, propylene glycol dimethyl carbonate, ethylene glycol diethyl carbonate, vinylene carbonate, lactones such as γ-butyl lactone, Ethers such as dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,4-dioxane, sulfolanes such as sulfolane and 3-methylsulfolane, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, 4-methyl-2- Ketones such as pentanone, nitriles such as acetonitrile, pyropionitrile, valeronitrile, benzonitrile, 1,2-di Halogenated hydrocarbons such as Roroetan, other methyl formate, dimethyl formamide, diethyl formamide, dimethyl sulfoxide, imidazolium salts, and ionic liquids such as such as quaternary ammonium salts. Furthermore, a mixture thereof may be used.
これらの有機溶媒のうち、特に、カーボネート類からなる群より選ばれた非水溶媒を一種類以上含有することが、電解質の溶解性、誘電率および粘度において優れているので好ましい。 Among these organic solvents, it is particularly preferable to contain one or more types of non-aqueous solvents selected from the group consisting of carbonates because they are excellent in electrolyte solubility, dielectric constant and viscosity.
本発明の蓄電デバイスにおいて、ポリマー電解質または高分子ゲル電解質に用いる場合は、高分子化合物であるエーテル類、エステル類、シロキサン、アクリロニトリル、ビニリデンフロライド、ヘキサフルオロプロピレン、アクリレートモノマー、メタクリレートモノマー、スチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル、オキセタンなどの重合体またはその共重合体構造を有する高分子またはその架橋体などが挙げられ、高分子は一種類でも二種類以上でもよい。高分子構造は特に限定されるものではないが、ポリエチレンオキサイドなどのエーテル構造を有する高分子が特に好ましい。
本発明の蓄電デバイスとして、液系の電池は電解液、ゲル系の電池はポリマーを電解液に溶解したプレカーサー(precursor)溶液、固体電解質電池は電解質塩を溶解した架橋前のポリマーを電池容器内に収容する。
In the electricity storage device of the present invention, when used for a polymer electrolyte or a polymer gel electrolyte, ethers, esters, siloxane, acrylonitrile, vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, acrylate monomer, methacrylate monomer, styrene, which are polymer compounds, Examples thereof include polymers such as vinyl acetate, vinyl chloride, and oxetane, polymers having a copolymer structure thereof, and crosslinked products thereof, and the polymer may be one type or two or more types. The polymer structure is not particularly limited, but a polymer having an ether structure such as polyethylene oxide is particularly preferable.
As an electricity storage device of the present invention, a liquid battery is an electrolytic solution, a gel battery is a precursor solution in which a polymer is dissolved in an electrolytic solution, and a solid electrolyte battery is a polymer before crosslinking in which an electrolyte salt is dissolved in a battery container. To house.
本発明に係る蓄電デバイスは、円筒型、コイン型、角型、その他任意の形状に形成することができ、電池の基本構成は形状によらず同じであり、目的に応じて設計変更して実施することができる。例えば、円筒型では、負極集電体に負極活物質を塗布してなる負極と、正極集電体に正極活物質を塗布してなる正極とを、セパレータを介して捲回した捲回体を電池缶に収納し、非水電解液を注入し上下に絶縁板を載置した状態で密封して得られる。また、コイン型電池に適用する場合では、円盤状負極、セパレータ、円盤状正極、およびステンレスの板が積層された状態でコイン型電池缶に収納され、非水電解液が注入され、密封される。 The electricity storage device according to the present invention can be formed in a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, or any other shape, and the basic configuration of the battery is the same regardless of the shape, and the design is changed according to the purpose. can do. For example, in a cylindrical type, a wound body in which a negative electrode formed by applying a negative electrode active material to a negative electrode current collector and a positive electrode formed by applying a positive electrode active material to a positive electrode current collector are wound through a separator. It is housed in a battery can, sealed with a non-aqueous electrolyte injected, and insulating plates placed on top and bottom. When applied to a coin-type battery, the disc-shaped negative electrode, separator, disc-shaped positive electrode, and stainless steel plate are stacked and stored in a coin-type battery can, and a non-aqueous electrolyte is injected and sealed. .
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
<グルコース単位当たりの置換度の測定方法>
セルロース繊維を0.6質量%スラリーに調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.4とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量からカルボキシル基量を測定し、下式(2)を用いて算出した。ここで言う置換度とは、無水グルコース単位1モル当たりの置換基のモル数の平均値を表している。
Next, examples will be described together with comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples.
<Measurement method of substitution degree per glucose unit>
Cellulose fiber is prepared in a slurry of 0.6% by mass, 0.1M hydrochloric acid aqueous solution is added to adjust the pH to 2.4, and 0.05N sodium hydroxide aqueous solution is added dropwise until the pH reaches 11. The amount of carboxyl groups was measured from the amount of sodium hydroxide consumed in the neutralization step of the weak acid with a gradual change in electrical conductivity, and calculated using the following equation (2). The degree of substitution referred to here represents the average value of the number of moles of substituents per mole of anhydroglucose unit.
セルロース繊維に水を加えて2質量%のスラリーとして、ディスパー型ミキサーを用いて回転数8,000rpmで10分間微細化処理を行った。各セルロース繊維の最大繊維径および数平均繊維径を、透過型電子顕微鏡(TEM)(日本電子社製、JEM−1400)を用いて観察した。すなわち、各セルロース繊維を親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストした後、2%ウラニルアセテートでネガティブ染色したTEM像(倍率:10000倍)から、先に述べた方法に従い、数平均繊維径を算出した。
Water was added to the cellulose fiber to make a slurry of 2 mass%, and a finer treatment was performed for 10 minutes at a rotation speed of 8,000 rpm using a disper type mixer. The maximum fiber diameter and the number average fiber diameter of each cellulose fiber were observed using a transmission electron microscope (TEM) (JEM-1400, manufactured by JEOL Ltd.). That is, after each cellulose fiber was cast on a hydrophilized carbon film-coated grid and negatively stained with 2% uranyl acetate, the number average fiber diameter was determined according to the method described above. Was calculated.
<結晶構造の測定方法>
X線回折装置(リガク社製、RINT‐Ultima3)を用いて、各セルロース繊維の回折プロファイルを測定し、セルロースI型(回折角2θ=14.8°、16.8°、22.6°)またはセルロースII型(回折角2θ=12.1°、19.8°、22.0°)に典型的なX線回折パターンが見られる場合は結晶構造(I型及び/又はII型)が「あり」と評価し、ピークが見られない場合は「なし」と評価した。
<Measurement method of crystal structure>
Using an X-ray diffractometer (Rigaku Corporation, RINT-Utima3), the diffraction profile of each cellulose fiber was measured, and cellulose I type (diffraction angle 2θ = 14.8 °, 16.8 °, 22.6 °). Alternatively, when a typical X-ray diffraction pattern is observed in cellulose type II (diffraction angle 2θ = 12.1 °, 19.8 °, 22.0 °), the crystal structure (type I and / or type II) is “ “No” was evaluated, and when no peak was observed, “No” was evaluated.
<アスペクト比の測定方法>
セルロースを親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストした後、2%ウラニルアセテートでネガティブ染色したTEM像(倍率:10000倍)から、セルロースの短幅の方の数平均幅、長幅の方の数平均幅を観察した。すなわち、各先に述べた方法に従い、短幅の方の数平均幅、および長幅の方の数平均幅を算出し、これらの値を用いてアスペクト比を下記の式(1)に従い算出した。
<Aspect ratio measurement method>
From the TEM image (magnification: 10000 times) that was negatively stained with 2% uranyl acetate after the cellulose was cast on a hydrophilic membrane-coated carbon film grid, the number average width and the long width of the short width of cellulose The number average width of was observed. That is, the number average width of the shorter width and the number average width of the longer width are calculated according to the methods described above, and the aspect ratio is calculated according to the following formula (1) using these values. .
〔製造例1〕
撹拌機にパルプ(LBKP、日本製紙(株)製)を乾燥重量で200g、水酸化ナトリウムを18g加え、パルプ固形濃度が15%になるように水を加えた。その後、30℃で30分攪拌した後に70℃まで昇温し、モノクロロ酢酸ナトリウムを23g(有効成分換算)添加した。1時間反応した後に、反応物を取り出して中和、洗浄して、グルコース単位当たりの置換度0.01のアニオン変性されたセルロースを得た。その後、アニオン変性したパルプを固形濃度1%とし、高圧ホモジナイザーにより、液温20℃から冷却操作を伴いながら140MPaの圧力で5回処理し、数平均繊維径97nm、アスペクト比81で、結晶構造を有するセルロース繊維1の水分散液を得た。
[Production Example 1]
To the stirrer, 200 g of dry pulp (LBKP, Nippon Paper Industries Co., Ltd.) and 18 g of sodium hydroxide were added, and water was added so that the pulp solid concentration was 15%. Then, after stirring for 30 minutes at 30 ° C., the temperature was raised to 70 ° C., and 23 g (in terms of active ingredient) of sodium monochloroacetate was added. After reacting for 1 hour, the reaction product was taken out, neutralized and washed to obtain anion-modified cellulose having a substitution degree of 0.01 per glucose unit. Thereafter, the anion-modified pulp was treated at a solid concentration of 1% and treated with a high-pressure homogenizer five times at a pressure of 140 MPa while being cooled from a liquid temperature of 20 ° C., with a number average fiber diameter of 97 nm and an aspect ratio of 81. An aqueous dispersion of cellulose fiber 1 was obtained.
〔製造例2〕
水酸化ナトリウムを176g、モノクロロ酢酸ナトリウムを234g(有効成分換算)に変更した以外、製造例1と同様にしてセルロース繊維2の水分散液を得た。なお、得られたセルロース繊維のグルコース単位当たりの置換度は0.10であり、数平均繊維径は21nm、アスペクト比160であり、結晶構造を有していた。
[Production Example 2]
An aqueous dispersion of cellulose fiber 2 was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that 176 g of sodium hydroxide and 234 g of sodium monochloroacetate (active ingredient conversion) were changed. In addition, the substitution degree per glucose unit of the obtained cellulose fiber was 0.10, the number average fiber diameter was 21 nm, the aspect ratio was 160, and it had a crystal structure.
〔製造例3〕
水酸化ナトリウムを308g、モノクロロ酢酸ナトリウムを410g(有効成分換算)に変更した以外、製造例1と同様にしてセルロース繊維3の水分散液を得た。なお、得られたセルロース繊維のグルコース単位当たりの置換度は0.25であり、数平均繊維径は10nm、アスペクト比171であり、結晶構造を有していた。
[Production Example 3]
An aqueous dispersion of cellulose fiber 3 was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that sodium hydroxide was changed to 308 g and sodium monochloroacetate was changed to 410 g (converted to active ingredients). In addition, the substitution degree per glucose unit of the obtained cellulose fiber was 0.25, the number average fiber diameter was 10 nm, the aspect ratio was 171 and had a crystal structure.
〔製造例4〕
水酸化ナトリウムを9g、モノクロロ酢酸ナトリウムを12g(有効成分換算)に変更した以外、製造例1と同様にしてセルロース繊維4の水分散液を得た。なお、得られたセルロース繊維のグルコース単位当たりの置換度は0.005であり、数平均繊維径は710nm、アスペクト比19であり、結晶構造を有していた。
[Production Example 4]
An aqueous dispersion of cellulose fiber 4 was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that sodium hydroxide was changed to 9 g and sodium monochloroacetate was changed to 12 g (in terms of active ingredient). In addition, the substitution degree per glucose unit of the obtained cellulose fiber was 0.005, the number average fiber diameter was 710 nm, the aspect ratio was 19, and it had a crystal structure.
〔製造例5〕
水酸化ナトリウムを476g、モノクロロ酢酸ナトリウムを632g(有効成分換算)に変更した以外、製造例1と同様にしてセルロース繊維5の水分散液を得た。なお、得られたセルロースのグルコース単位当たりの置換度は0.60であり、これを観察したところ、繊維状のTEM像は得られず、数平均繊維径は測定できなかった。また、結晶構造も有していなかった。
[Production Example 5]
An aqueous dispersion of cellulose fiber 5 was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that sodium hydroxide was changed to 476 g and sodium monochloroacetate was changed to 632 g (in terms of active ingredient). In addition, the substitution degree per glucose unit of the obtained cellulose was 0.60. When this was observed, a fibrous TEM image was not obtained, and the number average fiber diameter could not be measured. Moreover, it did not have a crystal structure.
〔製造例6〕
水酸化ナトリウムを308g、モノクロロ酢酸ナトリウムを410g(有効成分換算)、高圧ホモジナイザーによる処理を20回に変更した以外、製造例1と同様にしてセルロース繊維6の水分散液を得た。なお、得られたセルロース繊維のグルコース単位当たりの置換度は0.25であり、これを観察したところ、繊維状のTEM像は得られず、数平均繊維径は測定できなかった。また、結晶構造も有していなかった。
[Production Example 6]
An aqueous dispersion of cellulose fiber 6 was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that 308 g of sodium hydroxide, 410 g of sodium monochloroacetate (converted to active ingredient), and the treatment with the high-pressure homogenizer were changed to 20 times. In addition, the substitution degree per glucose unit of the obtained cellulose fiber was 0.25, and when this was observed, a fibrous TEM image was not obtained and the number average fiber diameter could not be measured. Moreover, it did not have a crystal structure.
〔製造例7〕
撹拌機に、パルプ(LBKP、日本製紙(株)製)を乾燥質量で200g、水酸化ナトリウムを乾燥質量で308g加え、パルプ固形分濃度が15%になるように水を加えた。その後、70℃で9時間攪拌した後に、モノクロロ酢酸ナトリウムを410g(有効成分換算)添加した。1時間反応した後に、反応物を取り出して中和、洗浄して、グルコース単位当たりの置換度0.28のアニオン変性されたセルロースを得た。その後、アニオン変性したパルプに水を添加して固形分濃度1%とし、高圧ホモジナイザーにより、液温20℃から冷却操作を伴いながら140MPaの圧力で5回処理し、セルロース繊維7の分散液を得た。これを観察したところ、繊維状のTEM像は得られず、数平均繊維径は測定できなかった。また、結晶構造も有していなかった。
[Production Example 7]
To a stirrer, 200 g of pulp (LBKP, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) in dry mass and 308 g of sodium hydroxide in dry mass were added, and water was added so that the pulp solid content concentration was 15%. Then, after stirring for 9 hours at 70 ° C., 410 g of sodium monochloroacetate (in terms of active ingredient) was added. After reacting for 1 hour, the reaction product was taken out, neutralized and washed to obtain anion-modified cellulose having a substitution degree of 0.28 per glucose unit. Thereafter, water was added to the anion-modified pulp to a solid content concentration of 1%, and the mixture was treated 5 times at a pressure of 140 MPa with a cooling operation from a liquid temperature of 20 ° C. with a high-pressure homogenizer to obtain a dispersion of cellulose fibers 7. It was. When this was observed, a fibrous TEM image was not obtained, and the number average fiber diameter could not be measured. Moreover, it did not have a crystal structure.
<電極の作製>
〔負極1〕
負極活物質として、天然黒鉛100g、導電剤としてカーボンブラック0.5g(Timcal社製、Super−P)と増粘剤としてセルロース繊維1の1質量%水分散体50g、結着剤としてスチレン・ブタジエンゴム水分散物(SBR)50重量%溶液4.0gを遊星型ミキサーで混合し、固形分50%になるように負極スラリーを調製した。この負極スラリーを塗工機で厚み10μmの電解銅箔上にコーティングを行い、120℃で乾燥後、ロールプレス処理を行い、負極活物質7mg/cm2の負極1を得た。
<Production of electrode>
[Negative electrode 1]
As a negative electrode active material, 100 g of natural graphite, 0.5 g of carbon black as a conductive agent (Super-P, manufactured by Timcal) and 50 g of a 1% by weight aqueous dispersion of cellulose fiber 1 as a thickener, and styrene / butadiene as a binder 4.0 g of a 50% by weight rubber aqueous dispersion (SBR) solution was mixed with a planetary mixer to prepare a negative electrode slurry so as to have a solid content of 50%. This negative electrode slurry was coated on an electrolytic copper foil having a thickness of 10 μm with a coating machine, dried at 120 ° C., and then subjected to a roll press treatment, to obtain a negative electrode 1 having a negative electrode active material of 7 mg / cm 2 .
〔負極2ないし21〕
負極活物質、導電剤、増粘剤、及び結着剤の種類及び添加量を下記表1に示す通りに変更した以外は負極1と同様に製造し負極2ないし21を得た。
[Negative electrodes 2 to 21]
Negative electrodes 2 to 21 were obtained in the same manner as negative electrode 1 except that the types and addition amounts of the negative electrode active material, conductive agent, thickener, and binder were changed as shown in Table 1 below.
〔正極1〕
正極活物質であるLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NMC)100g、導電剤としてカーボンブラック(Timcal社製、Super−P)を7.8g、増粘剤としてセルロース繊維1の1重量%水分散体50g、結着剤としてスチレン・ブタジエンゴム水分散物(SBR)の50重量%溶液4.0gを遊星型ミキサーで混合し、固形分50%になるように正極スラリーを調製した。この正極スラリーを塗工機で集電体である厚み20μmのアルミニウム箔上にコーティングを行い、130℃で乾燥後、ロールプレス処理を行い、正極活物質13.8mg/cm2の正極を得た。
[Positive electrode 1]
100 g of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (NMC) which is a positive electrode active material, 7.8 g of carbon black (manufactured by Timcal, Super-P) as a conductive agent, and cellulose fiber 1 as a thickener 1 g of an aqueous dispersion of 50 g and 4.0 g of a 50 wt% solution of styrene-butadiene rubber aqueous dispersion (SBR) as a binder are mixed with a planetary mixer, and the positive electrode slurry is mixed so that the solid content is 50%. Prepared. This positive electrode slurry was coated on a 20 μm-thick aluminum foil as a current collector with a coating machine, dried at 130 ° C., and then subjected to a roll press treatment to obtain a positive electrode having a positive electrode active material of 13.8 mg / cm 2 . .
〔正極2ないし20〕
負極活物質、導電剤、増粘剤、結着剤、及び集電体の種類、添加量を表2に示すとおりに変更した以外は正極1と同様に製造し、正極2ないし18を得た。
[Positive electrodes 2 to 20]
Production was performed in the same manner as in the positive electrode 1 except that the types and addition amounts of the negative electrode active material, the conductive agent, the thickener, the binder, and the current collector were changed as shown in Table 2, and positive electrodes 2 to 18 were obtained. .
<電極の評価>
得られた電極について以下の項目について評価を実施した。評価結果を表1及び表2に示す〔実施例1ないし24、比較例1ないし17〕。
<Evaluation of electrode>
The obtained electrode was evaluated for the following items. The evaluation results are shown in Tables 1 and 2 [Examples 1 to 24, Comparative Examples 1 to 17].
〔結着性評価〕
上記で得られた電極の塗工面を外側に180℃折り曲げて戻した後に、塗工面の活物質の脱落した面積の程度を目視で判断した。
評価基準:
5点:0%脱落
4点:25%脱落
3点:50%脱落
2点:75%脱落
1点:100%脱落
[Evaluation of binding properties]
After the coated surface of the electrode obtained above was bent 180 ° outward and returned, the extent of the area where the active material on the coated surface was removed was visually judged.
Evaluation criteria:
5 points: 0% dropout 4 points: 25% dropout 3 points: 50% dropout 2 points: 75% dropout 1 point: 100% dropout
〔耐電解液性評価〕
上記で得られた電極をEC(エチレンカーボネート)/PC(プロピレンカーボネート)/DMC(ジメチルカーボネート)/EMC(エチルメチルカーボネート)/DEC(ジエチルカーボネート)=1/1/1/1/1(vol)の混合溶剤に60℃、7日後浸漬後の塗膜外観を目視で判断した。
評価基準:
○ :塗膜に変化無し
△ :塗膜に膨れ数点発生
× :塗膜が剥がれる。
[Electrolytic solution resistance evaluation]
The electrode obtained above was EC (ethylene carbonate) / PC (propylene carbonate) / DMC (dimethyl carbonate) / EMC (ethyl methyl carbonate) / DEC (diethyl carbonate) = 1/1/1/1/1 (vol). The appearance of the coating film after being immersed in the mixed solvent at 60 ° C. for 7 days was visually judged.
Evaluation criteria:
○: No change in the coating film Δ: Several points of swelling occur in the coating film ×: The coating film peels off.
〔凝集物の有無〕
上記で得られた電極の5cm×5cmの範囲を観察し、目視で確認できる凝集物の有無を判断した。
評価基準:
○ :凝集物が確認できない
△ :1〜5つの凝集物が確認できる。
× :5つ以上の凝集物が確認できる。
[Presence / absence of aggregates]
The range of 5 cm × 5 cm of the electrode obtained above was observed, and the presence or absence of aggregates that could be visually confirmed was determined.
Evaluation criteria:
○: Aggregates cannot be confirmed. Δ: 1 to 5 aggregates can be confirmed.
X: Five or more aggregates can be confirmed.
〔活物質密度バラツキの評価〕
上記で得られた電極断面の活物質密度分布を電子線プローブマイクロアナライザー(EPMA)にて測定して、活物質密度の厚さ方向のバラツキを評価した。
評価基準:
○ :±5%以内
△ :±5%超10%未満
× :±10%以上
[Evaluation of active material density variation]
The active material density distribution of the electrode cross section obtained above was measured with an electron beam probe microanalyzer (EPMA), and the variation in the thickness direction of the active material density was evaluated.
Evaluation criteria:
○: Within ± 5% △: Over ± 5% and less than 10% ×: ± 10% or more
〔スジ、ピンホールの有無〕
得られた電極の5cm×5cmの範囲を観察し、目視で確認できるスジ、ピンホールの有無を判断した。
評価基準
○:スジまたはピンホールが確認できない
×:スジまたはピンホールが確認できる
[Stripes and presence of pinholes]
The range of 5 cm × 5 cm of the obtained electrode was observed, and the presence or absence of streaks and pinholes that could be visually confirmed was determined.
Evaluation criteria
○: Lines or pinholes cannot be confirmed
X: A streak or a pinhole can be confirmed
<リチウム二次電池の作製>
〔実施例25ないし41、比較例18ないし25〕
上記で得られた正極、負極を下記表3のように組み合わせて、電極間にセパレータとしてポリオレフィン系(PE/PP)セパレータを挟んで積層し、各正負極に正極端子と負極端子を超音波溶接した。この積層体をアルミラミネート包材に入れ、注液用の開口部を残しヒートシールした。正極面積18cm2、負極面積19.8cm2とした注液前電池を作製した。次にエチレンカーボネートとジエチルカーボネート(30/70vol比)とを混合した溶媒にLiPF6(1.0mol/L)を溶解させた電解液を注液し、開口部をヒートシールし、評価用電池を得た。
<Production of lithium secondary battery>
[Examples 25 to 41, Comparative Examples 18 to 25]
The positive and negative electrodes obtained above are combined as shown in Table 3 below, and a polyolefin (PE / PP) separator is sandwiched between the electrodes as a separator, and the positive and negative terminals are ultrasonically welded to each positive and negative electrode. did. This laminate was put in an aluminum laminate packaging material, and heat sealed, leaving an opening for injection. The positive electrode area of 18cm 2, to prepare a liquid injection before batteries with anode area 19.8cm 2. Next, an electrolytic solution in which LiPF 6 (1.0 mol / L) was dissolved in a solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate (30/70 vol ratio) were mixed was poured, the opening was heat sealed, and an evaluation battery was prepared. Obtained.
<電池性能の評価>
作製したリチウム二次電池について、20℃における性能試験を行った。試験方法は下記の通りである。試験結果を表5に示す。
<Evaluation of battery performance>
About the produced lithium secondary battery, the performance test in 20 degreeC was done. The test method is as follows. The test results are shown in Table 5.
〔セルインピーダンス〕
セルインピーダンスは、インピーダンスアナライザー(ZAHNER社製)を用いて、周波数1kHzでの抵抗値を測定した。
[Cell impedance]
For the cell impedance, an impedance analyzer (manufactured by ZAHNER) was used to measure the resistance value at a frequency of 1 kHz.
〔充放電サイクル特性〕
充放電サイクル特性は、以下の条件で測定した。
正極活物質としてLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2或いはLiMn2O4、負極活物質として天然黒鉛を使用した場合は、1C相当の電流密度で4.2VまでCC(定電流)充電を行い、続いて4.2VでCV(定電圧)充電に切り替え、1.5時間充電したのち、1C相当の電流密度で2.7VまでCC放電するサイクルを20℃で300サイクル行い、このときの初回1C放電容量に対する300サイクル後1C放電容量比を1C充放電サイクル保持率とした。
[Charge / discharge cycle characteristics]
The charge / discharge cycle characteristics were measured under the following conditions.
When LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 or LiMn 2 O 4 is used as the positive electrode active material and natural graphite is used as the negative electrode active material, CC (constant current) up to 4.2 V at a current density equivalent to 1C. ) Charging, followed by switching to CV (constant voltage) charging at 4.2V, charging for 1.5 hours, and then performing a CC discharge to 2.7V at a current density equivalent to 1C for 300 cycles at 20 ° C. The 1C discharge capacity ratio after 300 cycles to the initial 1C discharge capacity at this time was defined as the 1C charge / discharge cycle retention rate.
正極活物質としてLiFePO4、負極活物質として天然黒鉛を使用した場合は、1C相当の電流密度で4.0VまでCC(定電流)充電を行い、続いて4.0VでCV(定電圧)充電に切り替え、1.5時間充電したのち、1C相当の電流密度で2.0VまでCC放電するサイクルを20℃で300サイクル行い、このときの初回1C放電容量に対する300サイクル後1C放電容量比を1C充放電サイクル保持率とした。 When LiFePO 4 is used as the positive electrode active material and natural graphite is used as the negative electrode active material, CC (constant current) charging is performed up to 4.0 V at a current density equivalent to 1 C, followed by CV (constant voltage) charging at 4.0 V. After charging for 1.5 hours, a cycle of CC discharge to 2.0 V at a current density equivalent to 1 C is performed 300 cycles at 20 ° C., and the 1 C discharge capacity ratio after 300 cycles to the initial 1 C discharge capacity at this time is 1 C The charge / discharge cycle retention rate was used.
正極活物質としてLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、負極活物質としてLi4Ti5O12を使用した場合は、1C相当の電流密度で2.9VまでCC(定電流)充電を行い、続いて2.9VでCV(定電圧)充電に切り替え、1.5時間充電したのち、1C相当の電流密度で1.0VまでCC放電するサイクルを20℃で300サイクル行い、このときの初回1C放電容量に対する300サイクル後1C放電容量比を1C充放電サイクル保持率とした。 When LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 is used as the positive electrode active material and Li 4 Ti 5 O 12 is used as the negative electrode active material, CC (constant current) up to 2.9 V at a current density equivalent to 1C. Charge, then switch to CV (constant voltage) charge at 2.9V, charge for 1.5 hours, and then perform a cycle of CC discharge to 1.0V at a current density equivalent to 1C, 300 cycles at 20 ° C. The 1C discharge capacity ratio after 300 cycles with respect to the initial 1C discharge capacity was defined as the 1C charge / discharge cycle retention rate.
正極活物質としてLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、負極活物質としてSiOを使用した場合は、1C相当の電流密度で4.2VまでCC(定電流)充電を行い、続いて4.2VでCV(定電圧)充電に切り替え、1.5時間充電したのち、1C相当の電流密度で2.7VまでCC放電するサイクルを20℃で50サイクル行い、このときの初回1C放電容量に対する50サイクル後1C放電容量比を1C充放電サイクル保持率とした。 When LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 is used as the positive electrode active material and SiO is used as the negative electrode active material, CC (constant current) charging is performed up to 4.2 V at a current density equivalent to 1 C, and then After switching to CV (constant voltage) charging at 4.2V and charging for 1.5 hours, 50 cycles of CC discharge to 2.7V at a current density equivalent to 1C were performed at 20 ° C, and the initial 1C discharge at this time The 1C discharge capacity ratio after 50 cycles with respect to the capacity was defined as the 1C charge / discharge cycle retention rate.
本発明の増粘・安定剤は、蓄電デバイスの電極塗工液の増粘・安定剤として利用でき、それから製造された電極は各種蓄電デバイスの製造に用いられる。得られた蓄電デバイスは、携帯電話、ノートパソコン、携帯情報端末(PDA)、ビデオカメラ、デジタルカメラなどの各種携帯型機器や、更には電動自転車、電気自動車などに搭載する中型又は大型蓄電デバイスに使用することが出来る。
The thickening / stabilizing agent of the present invention can be used as a thickening / stabilizing agent for an electrode coating solution of an electricity storage device, and the electrodes produced therefrom are used for producing various electricity storage devices. The obtained power storage devices are used in various portable devices such as mobile phones, notebook computers, personal digital assistants (PDAs), video cameras, and digital cameras, as well as medium- or large-sized power storage devices installed in electric bicycles and electric vehicles. Can be used.
Claims (6)
上記セルロースがI型及び/又はII型の結晶構造を有し、
上記セルロース繊維のアスペクト比が50以上であり、
上記セルロース繊維の数平均繊維幅が2nm以上500nm以下であることを特徴とする蓄電デバイスの電極塗工液用増粘・安定剤。 A thickener / stabilizer for an electrode coating solution of an electricity storage device containing a cellulose fiber, wherein a carboxymethyl group is introduced into a hydroxyl group in the cellulose molecule of the cellulose fiber, and the degree of substitution is 0.01 or more and 0.00. 5 or less,
The cellulose has a crystal structure of type I and / or type II,
The aspect ratio of the cellulose fiber is 50 or more,
A thickener / stabilizer for an electrode coating solution of an electricity storage device, wherein the number average fiber width of the cellulose fibers is 2 nm or more and 500 nm or less.
An electrical storage device using the electrode for an electrical device according to claim 4 or 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014204040A JP6566622B2 (en) | 2014-10-02 | 2014-10-02 | Thickening / stabilizing agent for electrode coating liquid of power storage device, coating liquid prepared using the thickening / stabilizing agent, electrode manufactured using the coating liquid, and power storage device using the electrode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014204040A JP6566622B2 (en) | 2014-10-02 | 2014-10-02 | Thickening / stabilizing agent for electrode coating liquid of power storage device, coating liquid prepared using the thickening / stabilizing agent, electrode manufactured using the coating liquid, and power storage device using the electrode |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016076302A JP2016076302A (en) | 2016-05-12 |
JP6566622B2 true JP6566622B2 (en) | 2019-08-28 |
Family
ID=55950004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014204040A Active JP6566622B2 (en) | 2014-10-02 | 2014-10-02 | Thickening / stabilizing agent for electrode coating liquid of power storage device, coating liquid prepared using the thickening / stabilizing agent, electrode manufactured using the coating liquid, and power storage device using the electrode |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6566622B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6728964B2 (en) * | 2016-05-18 | 2020-07-22 | 王子ホールディングス株式会社 | Thickener for battery electrode composition, battery electrode composition, battery electrode and battery |
JP7025852B2 (en) * | 2017-07-04 | 2022-02-25 | 第一工業製薬株式会社 | A dispersant for an electrode coating liquid, an electrode coating liquid composition containing the dispersant for the electrode coating liquid, an electrode for a power storage device produced by using the electrode coating liquid composition, and a power storage device including the electrode. |
JP7022525B2 (en) * | 2017-07-04 | 2022-02-18 | 第一工業製薬株式会社 | An electrode coating liquid composition, an electrode for a power storage device produced by using the electrode coating liquid composition, and a power storage device provided with the electrode. |
WO2020080246A1 (en) | 2018-10-18 | 2020-04-23 | 株式会社村田製作所 | Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery |
WO2023090362A1 (en) * | 2021-11-17 | 2023-05-25 | 国立大学法人東北大学 | Method for producing cellulose fiber layer-containing multilayer body |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011065797A (en) * | 2009-09-16 | 2011-03-31 | Daicel Chemical Industries Ltd | Adhesion improver of lithium ion battery negative electrode material to collector |
EP2759576A4 (en) * | 2011-09-22 | 2015-02-25 | Toppan Printing Co Ltd | Carbon particle dispersion and method for producing same |
JP5921960B2 (en) * | 2012-06-04 | 2016-05-24 | 第一工業製薬株式会社 | Composition containing inorganic fine particles and film using the same |
JP6127446B2 (en) * | 2012-10-24 | 2017-05-17 | 凸版印刷株式会社 | Battery electrode composition and method for producing the same, battery electrode and method for producing the same |
WO2014088072A1 (en) * | 2012-12-07 | 2014-06-12 | 日本製紙株式会社 | Carboxymethylated cellulose fiber |
JP6315984B2 (en) * | 2013-12-26 | 2018-04-25 | 第一工業製薬株式会社 | Thickening / stabilizing agent for electrode coating liquid of power storage device, coating liquid prepared using the thickening / stabilizing agent, electrode manufactured using the coating liquid, and power storage device using the electrode |
-
2014
- 2014-10-02 JP JP2014204040A patent/JP6566622B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016076302A (en) | 2016-05-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6315984B2 (en) | Thickening / stabilizing agent for electrode coating liquid of power storage device, coating liquid prepared using the thickening / stabilizing agent, electrode manufactured using the coating liquid, and power storage device using the electrode | |
US11437607B2 (en) | Dispersant for electrode coating liquid, electrode coating liquid composition including the dispersant for electrode coating liquid, electrode for power storage device manufactured using the electrode coating liquid composition, and power storage device having the electrode | |
JP5704223B2 (en) | Porous membrane and secondary battery electrode | |
TWI498389B (en) | Coating liquid, coating liquid for making electrode plate, primer agent and the use thereof | |
JP6566622B2 (en) | Thickening / stabilizing agent for electrode coating liquid of power storage device, coating liquid prepared using the thickening / stabilizing agent, electrode manufactured using the coating liquid, and power storage device using the electrode | |
JP6941637B2 (en) | Binder composition for electrodes, paint composition for electrodes, electrodes for power storage devices, and power storage devices | |
JP5930290B2 (en) | Lithium ion secondary battery and electrical equipment including the same | |
JP2014022039A (en) | Negative electrode binder for lithium secondary battery | |
Kong et al. | Li-ion-conductive Li 2 TiO 3-coated Li [Li 0.2 Mn 0.51 Ni 0.19 Co 0.1] O 2 for high-performance cathode material in lithium-ion battery | |
JP2021518985A (en) | Binders for active material compositions containing cellulosic conductive polymers and lithium-ion batteries manufactured from them | |
US20220200001A1 (en) | Electrode binder composition, electrode coating composition, power storage device electrode, and power storage device | |
KR102504895B1 (en) | An electrode coating composition, an electrode for an electrical storage device produced using the electrode coating composition, and an electrical storage device provided with the electrode | |
JP6138554B2 (en) | COMPOSITE MATERIAL, METHOD FOR PRODUCING THE COMPOSITE MATERIAL, LITHIUM ION SECONDARY BATTERY AND ELECTROCHEMICAL CAPACITOR USING THE COMPOSITE MATERIAL | |
JP2023180890A (en) | electrochemical device | |
JP2003157836A (en) | Manufacturing method of positive electrode for lithium battery and positive electrode for lithium battery | |
JP2013073816A (en) | Negative electrode active material, production method therefor, and lithium ion secondary battery using negative electrode active material | |
WO2016158637A1 (en) | Binder composition for nonaqueous electrolyte battery electrodes, slurry composition for nonaqueous electrolyte battery electrodes using same, negative electrode of nonaqueous electrolyte battery, and nonaqueous electrolyte battery | |
TW202232805A (en) | Negative electrode for lithium ion batteries, lithium ion battery, method for producing negative electrode for lithium ion batteries, and method for producing lithium ion battery | |
WO2021187366A1 (en) | Binder suitable for electricity storage device electrodes, binder solution, electricity storage device electrode slurry, electricity storage device electrode, and electricity storage device | |
Kong et al. | Li-ion-conductive LiTiO-coated Li [LiMnNiCo] O for high-performance cathode material in lithium-ion battery. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170619 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180322 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180508 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20180626 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180731 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190107 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190730 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190730 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6566622 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |