JP7042144B2 - 電極活物質スラリーの製造方法 - Google Patents
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Description
A:前記分散媒に前記バインダ及び前記活物質以外の成分を前記分散工程と同じ条件で分散させた分散液の損失弾性率;
B:前記分散媒に前記活物質以外の成分を前記分散工程と同じ条件で分散させた分散液の損失弾性率;
C:前記分散工程で得られた分散液の損失弾性率。
本発明の一形態は、活物質、導電助剤、バインダ及び分散媒を含む電極活物質スラリーの製造方法に関する。当該製造方法は、分散媒に、導電助剤、バインダ及び活物質を分散させる分散工程を有する。この際、以下に定義される損失弾性率A~Cの関係がB<C<Aを満たすように分散工程を行うことを特徴とする;
A:前記分散媒に前記バインダ及び前記活物質以外の成分を前記分散工程と同じ条件で分散させた分散液(以下、単に「分散液a」とも称する)の損失弾性率;
B:前記分散媒に前記活物質以外の成分を前記分散工程と同じ条件で分散させた分散液(以下、単に「分散液b」とも称する)の損失弾性率;
C:前記分散工程で得られた分散液(以下、単に「分散液c」とも称する)の損失弾性率。
本形態に係る電極活物質スラリーは、活物質を含む。電極活物質スラリーが正極活物質スラリーである場合は、当該スラリーは正極活物質を含み、電極活物質スラリーが負極活物質スラリーである場合は、当該スラリーは負極活物質を含む。
正極活物質は、充電時にイオンを放出し、放電時にイオンを吸蔵できる機能を有する。正極活物質としては、例えば、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、Li(Ni-Mn-Co)O2及びこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム-遷移金属複合酸化物、リチウム-遷移金属リン酸化合物、リチウム-遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム-遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。より好ましくはリチウムとニッケルとを含有する複合酸化物が用いられる。さらに好ましくはLi(Ni-Mn-Co)O2及びこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)、又はリチウム-ニッケル-コバルト-アルミニウム複合酸化物(以下単に、「NCA複合酸化物」とも称する)などが用いられる。NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、Ni及びCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を有する。そして、遷移金属1原子あたり1個のLi原子が含まれ、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。
負極活物質は、放電時にイオンを放出し、充電時にイオンを吸蔵できる機能を有する。負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、活性炭、コークス、ソフトカーボン、若しくはハードカーボンなどの炭素系負極活物質、SiやSnなどの純金属やこれらの合金系活物質、あるいはTiO、Ti2O3、TiO2、若しくはSiO2、SiO、SnO2などの金属酸化物、Li4/3Ti5/3O4若しくはLi7MnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Li-Pb系合金、Li-Al系合金、Liなどが挙げられる。なかでも、高いエネルギー密度を達成する観点から、ケイ素(Si)を含むケイ素系負極活物質を用いることが好ましい。
電極活物質スラリーは、導電助剤を含む。導電助剤を含むことで、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性が向上しうる。
電極活物質スラリーは、バインダを含む。バインダは、活物質同士又は活物質と集電体とを結着させて電極構造を維持する機能を有する。
電極活物質スラリーは、分散媒を含む。溶媒としては、本技術分野で使用されうる分散媒を制限なく使用することができる。一例を挙げると、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミドなどが挙げられる。
電極活物質スラリーは、必要に応じてイオン導電性ポリマーを含む。イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系及びポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。
電極活物質スラリーは、必要に応じてリチウム塩を含む。リチウム塩(支持塩)としては、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6LiClO4、Li[(FSO2)2N](LiFSI)等の無機酸のリチウム塩、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2及びLiC(CF3SO2)3等の有機酸のリチウム塩(イオン液体)等が挙げられる。なかでも、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から、LiPF6やLi[(FSO2)2N](LiFSI)が好ましい。
A:前記分散媒に前記バインダ及び前記活物質以外の成分を前記分散工程と同じ条件で分散させた分散液(分散液a)の損失弾性率;
B:前記分散媒に前記活物質以外の成分を前記分散工程と同じ条件で分散させた分散液(分散液b)の損失弾性率;
C:前記分散工程で得られた分散液(分散液c)の損失弾性率。
(1)分散媒に導電助剤の全量を添加した後、条件Aで1分間攪拌する;
(2)次いで、バインダの半量を添加して、条件Bで1分間攪拌する;
(3)次いで、バインダの残りの半量を添加して、条件Cで1分間攪拌する;
(4)次いで、活物質を加えて、条件Dで1分間攪拌する。
分散液a:上記(1)を行った後、条件Bで1分間攪拌し、条件Cで1分間攪拌し、条件Dで1分間攪拌する;
分散液b:上記(1)~(3)を行った後、条件Dで1分間攪拌する;
分散液c:上記(1)~(4)を行う。
損失弾性率A~Cは、以下の方法及び条件にて測定した。
装置:レオメータ(アントンパール社製、MCR302)
方法:コーンプレート法、プレート径50mm
条件(周波数分散):ひずみ0.1%、周波数1Hz
温度:25℃。
[実施例1]
分散媒としてのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)113質量部に、導電助剤としてアセチレンブラック(一次粒子径:23nm、BET比表面積:133m2/g、以下同じ)5質量部を加え、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、ARE-310、自転200rpm、公転400rpmにて2分間、実施例1において以下同じ)を用いて分散させた。その後、さらにボールミル(ドイツ フリッチュ社製、遊星ボールミル装置P-5、ボール:ジルコニアφ15mm、回転数160rpmにて15分間、実施例1において以下同じ)を用いて分散させて、導電助剤分散液(分散液a)を調製した。この導電助剤分散液の損失弾性率Aは49.2Paであった。
分散媒としてのNMP113質量部に、導電助剤としてアセチレンブラック10質量部を加え、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、ARE-310、自転200rpm、公転400rpmにて2分間、実施例2において以下同じ)を用いて分散させた。その後、さらにプラネタリミキサ(プライミクス社製、ハイビスミックス(登録商標)2P-03型、回転数100rpmにて60分間、実施例2において以下同じ)を用いて混合して、導電助剤分散液(分散液a)を調製した。この導電助剤分散液の損失弾性率Aは51.2Paであった。
分散媒としてのNMP113質量部に、導電助剤としてアセチレンブラック5質量部を加え、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、ARE-310、自転200rpm、公転400rpmにて2分間、実施例3において以下同じ)を用いて分散させた。その後、さらにプラネタリミキサ(プライミクス社製、ハイビスミックス(登録商標)2P-03型、回転数100rpmにて60分間、実施例3において以下同じ)を用いて混合して、導電助剤分散液(分散液a)を調製した。この導電助剤分散液の損失弾性率Aは49.2Paであった。
分散媒としてのNMP113質量部に、導電助剤としてアセチレンブラック4質量部を加え、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、ARE-310、自転200rpm、公転400rpmにて2分間、比較例1において以下同じ)を用いて分散させた。その後、さらにプラネタリミキサ(プライミクス社製、ハイビスミックス(登録商標)2P-03型、回転数100rpmにて60分間、比較例1において以下同じ)を用いて混合して、導電助剤分散液(分散液a)を調製した。この導電助剤分散液の損失弾性率Aは51.2Paであった。
負極活物質スラリーを、負極集電体としての銅箔(厚さ:12μm)の片面に、熱処理後の負極活物質層の厚さがそれぞれ30μmとなるように均一に塗布し、300℃の真空中で15時間熱処理を行うことで、負極を得た。
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とをEC:DEC=1:2(体積比)の割合で混合した有機溶媒に、リチウム塩である六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1mol/Lの濃度で溶解させることで、電解液を得た。
負極と対極Liとを対向させ、この間にセパレータ(ポリオレフィン、厚さ:20μm)を配置した。次いで、負極、セパレータ、及び対極Liの積層体をコインセル(CR2032、材質:ステンレス鋼(SUS316))の底部側に配置した。さらに、電極同士の絶縁性を保つためガスケットを装着し、電解液をシリンジにより注入し、スプリング及びスペーサを積層し、コインセルの上部側を重ねあわせ、かしめることにより密閉して、リチウムイオン二次電池を得た。
上記で作製したリチウムイオン二次電池を、25℃で定電流方式(CC、電流:0.2C)にて4.2Vまで充電した。次に、10分間休止させた後、定電流(CC、電流:0.2C)で2.5Vまで放電し、放電後再度10分間休止させた。この状態を「初期」とした。
Claims (4)
- 活物質、導電助剤、バインダ及び分散媒を含む電極活物質スラリーの製造方法であって、
前記分散媒に、前記導電助剤、前記バインダ及び前記活物質を分散させる分散工程を有し、
この際、以下に定義される損失弾性率A~Cの関係がB<C<Aを満たすように前記分散工程を行うことを特徴とする、製造方法:
A:前記分散媒に前記バインダ及び前記活物質以外の成分を前記分散工程と同じ条件で分散させた分散液の損失弾性率;
B:前記分散媒に前記活物質以外の成分を前記分散工程と同じ条件で分散させた分散液の損失弾性率;
C:前記分散工程で得た分散液の損失弾性率。 - 前記損失弾性率Aに対する前記損失弾性率Cの割合が5%以上50%以下である、請求項1に記載の電極活物質スラリーの製造方法。
- 前記損失弾性率Bに対する前記損失弾性率Cの割合が150%以上である、請求項1又は2に記載の電極活物質スラリーの製造方法。
- 前記活物質は、ケイ素を含む負極活物質である、請求項1~3のいずれか1項に記載の電極活物質スラリーの製造方法。
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