JP7093985B2 - Carbon coat layer, current collector, battery, carbon coat layer formation method and gravure plate - Google Patents
Carbon coat layer, current collector, battery, carbon coat layer formation method and gravure plate Download PDFInfo
- Publication number
- JP7093985B2 JP7093985B2 JP2017216506A JP2017216506A JP7093985B2 JP 7093985 B2 JP7093985 B2 JP 7093985B2 JP 2017216506 A JP2017216506 A JP 2017216506A JP 2017216506 A JP2017216506 A JP 2017216506A JP 7093985 B2 JP7093985 B2 JP 7093985B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon
- coat layer
- current collector
- carbon coat
- active material
- 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
Images
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
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、および電気二重層キャパシタに用いられる集電体に塗工したカーボンコート層、塗料、集電体、電池、カーボンコート層の形成方法およびグラビア版に関する。 The present invention relates to a carbon coat layer coated on a collector used for a lithium ion secondary battery, a lithium ion capacitor, and an electric double layer capacitor, a paint, a current collector, a battery, a method for forming a carbon coat layer, and a gravure plate. Regarding.
最近のリチウムイオン二次電池の市場は、ノートパソコン、携帯電話等の民生用から電気自動車、ハイブリッド自動車さらに定置用蓄電池(Energy Storage System、以下単に「ESS」と称することがある。)にも展開されている。そのようなリチウムイオン二次電池は、正極・負極活材ともに高出力、安全性を求められ、正極では、三元系、Mn系、Fe系等の活材が検討されている。また、これらの電池等では集電体の処理についても検討されている(たとえば、特許文献1参照)。 The recent market for lithium-ion secondary batteries has expanded from consumer products such as laptop computers and mobile phones to electric vehicles, hybrid vehicles, and stationary storage batteries (Energy Storage System, hereinafter simply referred to as "ESS"). Has been done. Such lithium ion secondary batteries are required to have high output and safety for both positive and negative electrode active materials, and active materials such as ternary type, Mn type and Fe type are being studied for positive electrodes. In addition, treatment of current collectors for these batteries and the like has also been studied (see, for example, Patent Document 1).
上記電池において、正極や負極の活材(活物質とも言う)と集電体(集電箔とも言う)との密着が化学的な結合による場合、充放電を繰り返す中で化学反応による劣化等によりその密着力が低下することがある。また、積層型リチウムイオン二次電池等に於いては、集電体と活材との密着が弱いと、シートカッティングする際、活材が剥離することにより汚染(コンタミネーション)が発生するおそれがある。 In the above battery, when the adhesion between the active material (also referred to as the active material) of the positive electrode or the negative electrode and the current collector (also referred to as the current collector foil) is due to a chemical bond, due to deterioration due to a chemical reaction during repeated charging and discharging. The adhesion may be reduced. Further, in a laminated lithium ion secondary battery or the like, if the current collector and the active material are not in close contact with each other, the active material may peel off during sheet cutting, resulting in contamination. be.
そこで、本発明者らは、集電体上に形成されたカーボンコート層であって、炭素材料による凹凸を活材と接触する側の表面に設けることにより、活材と集電体との密着力を高めることができるカーボンコート層を提案した(特許文献2参照)。 Therefore, the present inventors have formed a carbon coat layer on the current collector, and by providing unevenness due to the carbon material on the surface on the side in contact with the active material, the active material and the current collector are in close contact with each other. We have proposed a carbon coat layer that can increase the force (see Patent Document 2).
金属箔に凹凸を形成したカーボンコート層は、カーボンコートが成されていない従来の集電箔と比較してLiCoO2のような抵抗の低い活材を用いる場合、活材層と集電箔の間に抵抗の高いカーボンコート層が入るため、抵抗の低減は期待できない。しかしながら、カーボンコート箔の塗膜の表面に凹凸を形成することにより、三元系,Mn系,Fe系等の活材を塗工時活材が凹凸を形成した塗膜と絡み合うことにより密着性が向上し、界面抵抗が低減でき、高出力さらにサイクル特性の向上につながる。 The carbon coat layer having irregularities formed on the metal foil can be used for the active material layer and the current collector foil when a active material having low resistance such as LiCoO 2 is used as compared with the conventional current collector foil without carbon coating. Since a carbon coat layer with high resistance is inserted between them, reduction of resistance cannot be expected. However, by forming irregularities on the surface of the coating film of the carbon-coated foil, the active materials such as ternary type, Mn type, and Fe type are entangled with the coating film on which the active materials have formed irregularities during coating, resulting in adhesion. Is improved, interfacial resistance can be reduced, high output and improved cycle characteristics are achieved.
そこで、本発明の目的は、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ等の集電体に塗布するカーボンコート層であって、従来よりも正極、負極活材層との密着性に優れ、かつ内部抵抗も低くなるカーボンコート層およびそのカーボンコート層に用いる塗料、集電体、電池、カーボンコート層の形成方法およびグラビア版を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is a carbon coat layer to be applied to a current collector such as a lithium ion battery or a lithium ion capacitor, which has better adhesion to positive electrode and negative electrode active material layers than conventional ones and also has internal resistance. It is an object of the present invention to provide a lower carbon coat layer and a paint, a current collector, a battery, a method for forming the carbon coat layer, and a gravure plate used for the carbon coat layer.
上記課題を解決する本発明は以下の通りである。
(1)集電体上に設けられた、炭素材料を含むカーボンコート層であって、
活材と接触する側の表面に所定の凹凸パターンを有し、
前記炭素材料により凹凸が前記凹凸パターンを有する表面に設けられていることを特徴とするカーボンコート層。
The present invention that solves the above problems is as follows.
(1) A carbon coat layer containing a carbon material provided on the current collector.
It has a predetermined uneven pattern on the surface on the side that comes into contact with the active material, and has a predetermined uneven pattern.
A carbon coat layer characterized in that unevenness is provided on a surface having the unevenness pattern by the carbon material.
(2)前記凹凸パターンを構成する凹部が前記活材の最大粒径より大きな寸法を有する、前記(1)に記載のカーボンコート層。 (2) The carbon coat layer according to (1) above, wherein the recesses constituting the uneven pattern have dimensions larger than the maximum particle size of the active material.
(3)前記凹凸パターンを構成する凹部の寸法は0.01mm以上10mm以下である、前記(1)または(2)に記載のカーボンコート層。 (3) The carbon coat layer according to (1) or (2) above, wherein the dimensions of the recesses constituting the uneven pattern are 0.01 mm or more and 10 mm or less.
(4)前記炭素材料による凹凸の高低差は0.5μm以上4.0μm以下である、前記(1)~(3)のいずれか一項に記載のカーボンコート層。 (4) The carbon coat layer according to any one of (1) to (3) above, wherein the height difference of the unevenness due to the carbon material is 0.5 μm or more and 4.0 μm or less.
(5)前記炭素材料は、カーボンブラック、黒鉛、グラフェンおよびカーボンナノチューブからなる群より選ばれる少なくとも一種である、前記(1)~(4)のいずれか一項に記載のカーボンコート層。 (5) The carbon coat layer according to any one of (1) to (4) above, wherein the carbon material is at least one selected from the group consisting of carbon black, graphite, graphene and carbon nanotubes.
(6)異なる粒度の炭素材料が組み合わせられている、前記(1)~(5)のいずれか一項に記載のカーボンコート層。 (6) The carbon coat layer according to any one of (1) to (5) above, wherein carbon materials having different particle sizes are combined.
(7)集電体上にカーボンコート層を作成するために用いる塗料であって、
炭素材料を含み、
粘度が10mPa・s以上10000mPa・s以下であり、
前記集電体上への塗工によって、前記炭素材料による凹凸が活材と接触する側の表面に形成されることを特徴とする、塗料。
(7) A paint used to form a carbon coat layer on a current collector.
Contains carbon material,
The viscosity is 10 mPa · s or more and 10,000 mPa · s or less.
A coating material, characterized in that unevenness due to the carbon material is formed on the surface on the side in contact with the active material by coating on the current collector.
(8)前記炭素材料は、カーボンブラック、黒鉛、グラフェンおよびカーボンナノチューブからなる群より選ばれる少なくとも一種である、前記(7)に記載の塗料。 (8) The coating material according to (7) above, wherein the carbon material is at least one selected from the group consisting of carbon black, graphite, graphene and carbon nanotubes.
(9)異なる粒度の炭素材料が組み合わせられている、前記(7)または(8)に記載の塗料。 (9) The paint according to (7) or (8) above, wherein carbon materials having different particle sizes are combined.
(10)前記(1)~(6)のいずれか一項に記載のカーボンコート層を有する集電体。 (10) The current collector having the carbon coat layer according to any one of (1) to (6) above.
(11)前記(10)に記載の集電体含む電池。 (11) The battery including the current collector according to (10) above.
(12)炭素材料による凹凸が活材と接触する側に設けられているカーボンコート層を集電体上に形成する方法であって、以下の工程:
炭素材料が含まれる塗料を用意すること、および
グラビア塗工機を用いて前記塗料を前記集電体上に塗布すること
を含み、
前記グラビア塗工機のグラビア版が、前記集電体上の前記カーボンコート層の形成領域に対応する領域に、複数のカップが形成された領域と、カップが形成されていない領域とを有することを特徴とする方法。
(12) A method of forming a carbon coat layer on the current collector on the side where the unevenness due to the carbon material comes into contact with the active material, and the following steps:
This includes preparing a paint containing a carbon material and applying the paint onto the current collector using a gravure coating machine.
The gravure plate of the gravure coating machine has a region in which a plurality of cups are formed and a region in which cups are not formed in a region corresponding to a region in which the carbon coat layer is formed on the current collector. A method characterized by.
(13)前記カップが形成されていない領域が前記活材の最大粒径より大きな寸法を有する、前記(12)に記載の方法。 (13) The method according to (12) above, wherein the region where the cup is not formed has a dimension larger than the maximum particle size of the active material.
(14)前記カップが形成されていない領域の寸法は0.01mm以上10mm以下である、前記(12)または(13)に記載の方法。 (14) The method according to (12) or (13) above, wherein the dimension of the region where the cup is not formed is 0.01 mm or more and 10 mm or less.
(15)前記塗料が前記(7)~(9)のいずれか一項に記載の塗料である、前記(12)~(14)のいずれか一項に記載の方法。 (15) The method according to any one of (12) to (14) above, wherein the paint is the paint according to any one of (7) to (9).
(16)集電体上に炭素材料を含むカーボンコート層を形成するためのグラビア版であって、
前記集電体上の前記カーボンコート層の形成領域に対応する領域に、複数のカップが形成された領域と、カップが形成されていない領域とを有することを特徴とするグラビア版。
(16) A gravure plate for forming a carbon coat layer containing a carbon material on a current collector.
A gravure plate characterized by having a region in which a plurality of cups are formed and a region in which cups are not formed in a region corresponding to a region in which the carbon coat layer is formed on the current collector.
(17)前記カップが形成されていない領域が前記カーボンコート層上に設けられる活材の最大粒径より大きな寸法を有する、前記(16)に記載のグラビア版。 (17) The gravure plate according to (16), wherein the region where the cup is not formed has a dimension larger than the maximum particle size of the active material provided on the carbon coat layer.
(18)前記カップが形成されていない領域の寸法は0.01mm以上10mm以下である、前記(16)または(17)に記載のグラビア版。 (18) The gravure plate according to (16) or (17) above, wherein the dimension of the region where the cup is not formed is 0.01 mm or more and 10 mm or less.
本発明によれば、カーボンコート層の表面に所定の凹凸パターンが形成され、カーボンコート層の凹凸パターンが設けられた表面に、炭素材料による凹凸が設けられているため、活材の充填量を損なうことなく、従来よりも活材と集電体との密着性が向上し、内部抵抗が低減でき、電池の容量を落とさずに充放電サイクルに優れた特性が得られる。 According to the present invention, a predetermined uneven pattern is formed on the surface of the carbon coat layer, and unevenness due to the carbon material is provided on the surface provided with the uneven pattern of the carbon coat layer, so that the filling amount of the active material can be adjusted. The adhesion between the active material and the current collector can be improved, the internal resistance can be reduced, and the excellent characteristics of the charge / discharge cycle can be obtained without reducing the capacity of the battery without damaging the battery.
(カーボンコート層およびグラビア版)
以下、本発明の実施形態について説明する。まず、本発明によるカーボンコート層は、集電体上に設けられた、炭素材料を含むカーボンコート層である。ここで、活材と接触する側の表面に所定の凹凸パターンを有し、炭素材料により凹凸が上記凹凸パターンを有する表面に設けられていることを特徴とする。
(Carbon coat layer and gravure version)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. First, the carbon coat layer according to the present invention is a carbon coat layer containing a carbon material provided on the current collector. Here, it is characterized in that the surface on the side in contact with the active material has a predetermined uneven pattern, and the unevenness is provided on the surface having the uneven pattern by the carbon material.
本発明者らによる特許文献2に記載されているように、カーボンコート層(プライマー層とも称される。)の塗膜またはカーボンコート箔(塗工したカーボンコート層を有する集電箔を、「カーボンコート層付き集電箔」、または「カーボンコート箔」とも称される。)の活材側の表面が微細な凹凸を有することにより、三元系、Mn系、Fe系等の活材を塗工時、活材が凹凸を形成した塗膜と絡み合うことにより密着性が向上し、界面抵抗を低減でき、高出力さらにサイクル特性を向上させることができる。
As described in
金属箔等に炭素材料による凹凸を形成したカーボンコート層は、カーボンコートが成されていない従来の集電体と比較して、LiCoO2(単に「LCO」とも称される。)のような抵抗の低い活材を用いる場合、活材層と集電体の間に抵抗の高いカーボンコート層が入るため、抵抗の低減は期待できない。しかしながら、LCOの場合でも、カーボンコート層を用いると、密着性が向上することによりレート特性やサイクル特性が向上する。 The carbon-coated layer, which has irregularities formed on metal foil or the like by a carbon material, has a resistance such as LiCoO 2 (also simply referred to as “LCO”) as compared with a conventional current collector without carbon coating. When a low-grade active material is used, a carbon-coated layer having high resistance is inserted between the active material layer and the current collector, so reduction of resistance cannot be expected. However, even in the case of LCO, when the carbon coat layer is used, the rate characteristics and the cycle characteristics are improved by improving the adhesion.
正極や負極の活材と集電体との密着が化学的な結合による場合、充放電を繰り返す中で化学反応による劣化等により密着力が低下することがあるが、上記凹凸を形成した塗膜と活材が絡み合う物理的な密着を成しているため、充放電を繰り返しても密着力が劣ることなく安定した低抵抗が得られ、サイクル特性が向上できる。 When the adhesion between the active material of the positive electrode or the negative electrode and the current collector is due to a chemical bond, the adhesion may decrease due to deterioration due to a chemical reaction during repeated charging and discharging, but the coating film having the above-mentioned unevenness is formed. Since the active material is in physical contact with each other, stable low resistance can be obtained without inferiority in adhesion even after repeated charging and discharging, and cycle characteristics can be improved.
また、積層型リチウムイオン二次電池等に於いては集電体と活材との密着が弱いと、シートカッティングする際、活材が剥離することによりコンタミネーションが発生するおそれがあるが、凹凸を付けたカーボンコート層を用いることにより、活材との密着性が向上し、剥離や脱落がなく、コンタミネーションも無くなり、安全な二次電池が得られる。 Further, in a laminated lithium ion secondary battery or the like, if the adhesion between the current collector and the active material is weak, contamination may occur due to the active material peeling off during sheet cutting, but unevenness may occur. By using the carbon coat layer with the above, the adhesion with the active material is improved, there is no peeling or falling off, no contamination is eliminated, and a safe secondary battery can be obtained.
本発明者らは、上記特許文献2に記載されたカーボンコート層よりも、活材と集電体との密着力をさらに高めることができるカーボンコート層を形成すべく、活材と集電体との界面について詳細に調査した。その結果、カーボンコート層と活材との界面に空隙が存在し、この部分では活材とカーボンコート層、ひいては集電体とが良好に密着していないことが判明した。
The present inventors have made the active material and the current collector in order to form a carbon coat layer capable of further enhancing the adhesion between the active material and the current collector as compared with the carbon coat layer described in
本発明者らは、上記空隙が形成された原因を調べた。その結果、活材を構成する粒子のうち、粒径の大きなものが、カーボンコート層表面の炭素材料による凹凸の凹部に収容されず、その結果、活材とカーボンコート層の間に空隙が形成されたことが分かった。 The present inventors investigated the cause of the formation of the void. As a result, among the particles constituting the active material, those having a large particle size are not accommodated in the concave portions of the unevenness due to the carbon material on the surface of the carbon coat layer, and as a result, voids are formed between the active material and the carbon coat layer. It turned out that it was done.
そこで本発明者らは、上記空隙を低減して活材とカーボンコート層、ひいては集電体との密着性を向上させる方法について鋭意検討した。その結果、グラビア塗工機を用いて集電体上にカーボンコート層を形成し、グラビア塗工機のグラビア版に、複数のカップが形成された領域と、カップが形成されていない領域とを設けることに想到したのである。 Therefore, the present inventors have diligently studied a method of reducing the above-mentioned voids to improve the adhesion between the active material and the carbon coat layer, and by extension, the current collector. As a result, a carbon coat layer was formed on the current collector using the gravure coating machine, and the gravure plate of the gravure coating machine provided a region where a plurality of cups were formed and a region where the cups were not formed. I came up with the idea of setting it up.
すなわち、図1に例示する、従来のグラビア版10においては、土手Bによって区画された、所定の形状(例えば、ピラミッド型)および所定の寸法(例えば、50μm□、深さ20μm)のカップ11が、グラビア版10の塗工したい寸法の領域全体に亘って無数彫られている。そして、このカップ11に塗料を充填した後、アルミ箔等の基材(集電体)に転写することにより、基材上に平坦な表面を有するカーボンコート層が形成される。
That is, in the
これに対して、図2に例示する、本発明によるグラビア版1においては、所定の形状(例えば、正方形)および所定の寸法(例えば、0.1mm□)のカップ11が彫られていない領域13が、例えば所定の間隔(例えば、0.1mm)で設けられている。これにより、グラビア版1の表面において、カップ11が彫られた領域12は、クリアランスC(図2では、0.2mm)で格子模様を描く。
On the other hand, in the gravure plate 1 according to the present invention exemplified in FIG. 2, the
このようなグラビア版1を用いてカーボンコート層を形成することにより、カーボンコート層の活材と接触する表面には、上記グラビア版1表面の模様(図2では格子状)を反映した凹凸パターンが転写される。すなわち、形成されたカーボンコート層において、カップ11が彫られた領域12に対応する部分では凸部が、カップ11が彫られていない領域13に対応する部分では凹部がそれぞれ形成され、カーボンコート層の表面には格子状の凹凸パターンが形成される。そして、活材がカーボンコート層上に塗布されると、カーボンコート層表面の凹凸パターンを構成する凹部に粒径の大きな活物質が収容される。その結果、図1に示した従来のグラビア版10を用いる場合に比べて、活材とカーボンコート層との間の空隙を低減することができ、活材とカーボンコート層、ひいては集電体との密着性を向上させることができるのである。
By forming the carbon coat layer using such a gravure plate 1, the uneven pattern reflecting the pattern on the surface of the gravure plate 1 (lattice pattern in FIG. 2) is reflected on the surface of the carbon coat layer in contact with the active material. Is transcribed. That is, in the formed carbon coat layer, a convex portion is formed in the portion corresponding to the
上記カーボンコート層表面の凹凸パターン(すなわち、グラビア版1においてカップ11が彫られた領域12)の形状は特に限定されず、平面視した際に、線状(ストライプ状)、格子状、六角形状、多角形状、円状、楕円状等とすることができる。中でも、活材と集電体との密着性をより向上させることができることから、格子状であることが好ましい。
The shape of the uneven pattern on the surface of the carbon coat layer (that is, the
また、上記凹凸パターンを構成する凹部(すなわち、グラビア版1における領域13)の形状についても特に限定されず、平面視した際に、線状(ストライプ状)、正方形、六角形、多角形、円形、楕円形等とすることができる。中でも、活材と集電体との密着性をより向上させることができることから、凹部(領域13)の形状は正方形であることが好ましい。
Further, the shape of the concave portion (that is, the
また、上記凹凸パターンの凹部(すなわち、グラビア版1における領域13)の寸法は、活材の最大粒径より大きな寸法を有することが好ましい、これにより、活材とカーボンコート層との間の空隙をなくして、活材と集電体との密着性をさらに向上させることができる。具体的には、上記凹部(領域13)の寸法は、0.01mm以上10mm以下が好ましく、0.1mm以上1mm以下がさらに好ましい。
Further, the size of the concave portion of the uneven pattern (that is, the
さらに、カーボンコート層表面の凹凸パターンの凹部の深さは、0.1μm以上5.0μm以下が好ましい。これにより、活材とカーボンコート層との間の空隙をより低減して、活材と集電体との密着性をより向上させることができる。上記深さは、0.2μm以上3.0μm以下であることがより好ましい。 Further, the depth of the concave portion of the uneven pattern on the surface of the carbon coat layer is preferably 0.1 μm or more and 5.0 μm or less. As a result, the voids between the active material and the carbon coat layer can be further reduced, and the adhesion between the active material and the current collector can be further improved. The depth is more preferably 0.2 μm or more and 3.0 μm or less.
上記凹凸パターンの凹部の深さを実現するためには、グラビア版1に彫られたカップ11の深さは、0.01mm以上0.20mm以下であることが好ましい。これにより、活材とカーボンコート層との間の空隙をより低減して、活材と集電体との密着性をより向上させることができる。上記深さは、0.01mm以上0.10mm以下であることがより好ましい。
In order to realize the depth of the concave portion of the uneven pattern, the depth of the
なお、本明細書において、「カーボンコート層の凹凸パターンの凹部(グラビア版1における領域13)の寸法」とは、具体的には、凹凸パターンの凹部(グラビア版1における領域13)の形状が線状(ストライプ状)の場合には隣接する線(ストライプ)間の間隔を、正方形、六角形、多角形の場合には格子や多角形の最長の辺の長さを、円形の場合には円の直径を、楕円形の場合には楕円の長径をそれぞれ意味している。
In the present specification, the "dimension of the concave portion of the concave-convex pattern of the carbon coat layer (
また、「カーボンコート層の凹凸パターンの凹部の深さ」とは、凹部周縁の高さと凹部の最深部の高さの差を意味している。 Further, the "depth of the concave portion of the uneven pattern of the carbon coat layer" means the difference between the height of the peripheral edge of the concave portion and the height of the deepest portion of the concave portion.
さらに、「グラビア版1に彫られたカップ11の深さ」とは、カップ11周縁の高さとカップ11の最深部の高さの差を意味している。
Further, the "depth of the
また、上記カーボンコート層の凹凸パターンの凹部の寸法や深さは、カーボンコート層をバインダーで固め、断面を切断し、走査型電子顕微鏡(単に「SEM」とも言う。)によって測定するか、もしくはマイクロメータで測定することができる。走査型電子顕微鏡(SEM)またはマイクロメータでの測定では、膜厚は、凸部および凹部のそれぞれの各5ヶ所以上で測定し、それらの測定値を平均した平均膜厚で表す。なお、凹凸の高低差は0.1μm単位以下まで生じることがあり、目付量の測定もしくはSEMによる観察の方が、マイクロメータでの測定より好ましい。 The dimensions and depth of the concave portions of the uneven pattern of the carbon coat layer are measured by hardening the carbon coat layer with a binder, cutting a cross section, and measuring with a scanning electron microscope (also simply referred to as "SEM"). It can be measured with a microscope. In the measurement with a scanning electron microscope (SEM) or a micrometer, the film thickness is measured at 5 or more points in each of the convex and concave portions, and the measured values are expressed as the average film thickness. It should be noted that the height difference of the unevenness may occur up to 0.1 μm unit or less, and the measurement of the basis weight or the observation by SEM is preferable to the measurement by the micrometer.
本発明では、グラビア塗工機を用いて、カーボンコート層が集電体上に設けられる。カーボンコート層は、その表面にグラビア塗工機のグラビア版表面の模様(図2では格子状)を反映した凹凸パターンが転写されるとともに、カーボンコート層の凹凸パターンが形成された表面に、炭素材料による微細な凹凸も形成される。 In the present invention, a carbon coat layer is provided on the current collector using a gravure coating machine. The carbon coat layer has an uneven pattern that reflects the pattern on the surface of the gravure plate of the gravure coating machine (lattice pattern in FIG. 2) transferred to the surface thereof, and carbon is transferred to the surface on which the uneven pattern of the carbon coat layer is formed. Fine irregularities due to the material are also formed.
集電体は、アルミ箔、銅箔、ステンレス箔等、通常の材料、形態からなるものを用いることができる。 As the current collector, a current collector made of ordinary materials and forms such as aluminum foil, copper foil, and stainless steel foil can be used.
炭素材料は、カーボンブラック、黒鉛、グラフェンおよびカーボンナノチューブ(単に「CNT」とも称する)からなる群より選ばれる少なくとも一種で良い。炭素材料は導電材としてはたらき、凹凸を介して集電体と活材との密着性を向上させる。 The carbon material may be at least one selected from the group consisting of carbon black, graphite, graphene and carbon nanotubes (also simply referred to as “CNT”). The carbon material acts as a conductive material and improves the adhesion between the current collector and the active material through the unevenness.
カーボンコート層は、活材の充填量を損なうことなく、集電体と活材との密着性を向上させる限り、形状、膜厚等、特に制限はない。 The carbon coat layer is not particularly limited in shape, film thickness, etc. as long as the adhesion between the current collector and the active material is improved without impairing the filling amount of the active material.
カーボンコート層は、好適には、塗膜として5μm以下の膜厚、好ましくは、4μm以下、更に好ましくは、3μm以下、最も好ましくは、2μm以下で形成することができる。膜厚が5μm以下の場合、低抵抗の点で有利だからである。カーボンコート層と集電箔の抵抗を比較すると、大抵は集電箔の方が低いので、5μmを超える膜厚にすると、抵抗が高くなり過ぎる傾向があり、5μm以下等の膜厚が良い。 The carbon coat layer can be preferably formed as a coating film having a film thickness of 5 μm or less, preferably 4 μm or less, more preferably 3 μm or less, and most preferably 2 μm or less. This is because when the film thickness is 5 μm or less, it is advantageous in terms of low resistance. Comparing the resistance of the carbon coat layer and the current collector foil, the current collector foil is usually lower, so if the film thickness exceeds 5 μm, the resistance tends to be too high, and a film thickness of 5 μm or less is good.
膜厚の測定方法は、カーボンコート層をバインダーで固め、断面を切断し、走査型電子顕微鏡(単に「SEM」とも言う)によって測定するか、もしくはマイクロメータで測定するか、もしくは50mm×50mmにカットした塗工品(カーボンコート層+集電箔)の重量を測定したのち、溶媒を用いカーボンコート層を綺麗にはがし取ったあとの集電箔の重量を測定し、その差による目付量と比重とから求める。走査型電子顕微鏡(SEM)またはマイクロメータでの測定では、膜厚は、凸部および凹部のそれぞれの各5ヶ所以上で測定し、それらの測定値を平均した平均膜厚で表す。なお、凹凸の高低差は0.1μm単位以下まで生じることがあり、目付量の測定もしくはSEMによる観察の方が、マイクロメータでの測定よりは好ましい。 The film thickness can be measured by solidifying the carbon coat layer with a binder, cutting the cross section, and measuring with a scanning electron microscope (also simply called "SEM"), measuring with a micrometer, or measuring 50 mm x 50 mm. After measuring the weight of the cut coated product (carbon coat layer + current collector foil), weigh the collector foil after removing the carbon coat layer cleanly with a solvent, and measure the weight of the collector foil due to the difference. Obtained from the specific weight. In the measurement with a scanning electron microscope (SEM) or a micrometer, the film thickness is measured at 5 or more points in each of the convex and concave portions, and the measured values are expressed as the average film thickness. It should be noted that the height difference of the unevenness may occur up to 0.1 μm unit or less, and the measurement of the basis weight or the observation by SEM is preferable to the measurement by the micrometer.
カーボンコート層の炭素材料による凹凸の高低差は、活材の充填量を損なうことなく、集電体と活材との密着性を向上させる限り、特に制限はない。 The height difference of the unevenness due to the carbon material of the carbon coat layer is not particularly limited as long as the adhesion between the current collector and the active material is improved without impairing the filling amount of the active material.
炭素材料による凹凸の高低差(凹凸差とも言う)は、好ましくは、塗膜において、0.2~4.0μm、より好ましくは、0.2~3.0μm、更に好ましくは、0.2~2.0μm、最も好ましくは、0.5~2.0μmである。凹凸の高低差がこれらの範囲内では、高低差が大きい程活材との喰い付きが良好であるので、塗膜の膜厚の最大限の高低差が良い。大抵は、凹凸の高低差は最大で塗膜の凸部での厚さの8割程度であるのが好ましい。高低差が凸部での厚さの8割を超えると、塗膜の厚みがほとんどなくなり、集電体が露出した状態と変わらなくなることがあるため好ましくない。 The height difference (also referred to as unevenness difference) due to the carbon material is preferably 0.2 to 4.0 μm, more preferably 0.2 to 3.0 μm, still more preferably 0.2 to 2.0 μm, and most preferably 0.5 in the coating film. It is ~ 2.0 μm. When the height difference of the unevenness is within these ranges, the larger the height difference is, the better the bite with the active material is, so that the maximum height difference of the film thickness of the coating film is good. In most cases, the height difference of the unevenness is preferably about 80% of the thickness of the convex portion of the coating film at the maximum. If the height difference exceeds 80% of the thickness at the convex portion, the thickness of the coating film is almost eliminated and the current collector may not be different from the exposed state, which is not preferable.
炭素材料による凹凸の高低差は、後述する本発明による塗料をアルミ箔に塗工し、カーボンコート層をバインダーで固め、断面を切断し、凹部および凸部の塗膜の厚みを走査型電子顕微鏡(SEM)によって観察することで求めることができる。ここでは、凹凸の高低差は、0.1μm単位迄測定し、測定数は凸部および凹部のそれぞれで各5ケ以上とし、凸部および凹部のそれぞれの測定値の平均値から算出する(凸部の厚みの平均値-凹部の厚みの平均値)。 For the height difference of the unevenness due to the carbon material, the paint according to the present invention described later is applied to the aluminum foil, the carbon coat layer is hardened with a binder, the cross section is cut, and the thickness of the coating film of the concave portion and the convex portion is scanned electron microscope. It can be obtained by observing by (SEM). Here, the height difference of the unevenness is measured up to 0.1 μm unit, the number of measurements is 5 or more for each of the convex portion and the concave portion, and it is calculated from the average value of the measured values of the convex portion and the concave portion (convex portion). Average thickness of recesses-average thickness of recesses).
炭素材料による凹凸の形成には、異なる形状、異なる粒度の炭素材料を組み合わせることができる。たとえば、カーボンコート層を形成するために用いる塗料に、カーボンブラックの粒度(ストラクチャー)で大粒径と小粒径の粒度を組み合わせることにより、塗膜に凹凸を付け密着性を向上させることができる。 For the formation of unevenness by the carbon material, carbon materials having different shapes and different particle sizes can be combined. For example, by combining a paint used for forming a carbon coat layer with a particle size of a large particle size and a particle size of a small particle size of carbon black, it is possible to make the coating film uneven and improve the adhesion. ..
粒度の測定は、レーザー法もしくは、動的光散乱法で行うことができる。ここでは、粒度は平均粒径として表す。動的光散乱法の詳細はJIS Z8826の記載に準ずる。 The particle size can be measured by a laser method or a dynamic light scattering method. Here, the particle size is expressed as an average particle size. The details of the dynamic light scattering method conform to the description of JIS Z 8826.
炭素材料は、平均粒径100~2000nmの粒度、好ましくは、平均粒径200~1600nm、更に好ましくは、平均粒径200~1000nm、最も好ましくは、平均粒径300~700nmのもの、および平均粒径1000~4000nmの粒度、好ましくは、平均粒径1200~3000nm、更に好ましくは、平均粒径1000~2000nm、最も好ましくは、平均粒径800~1500nmの2種類以上のものを用いることができる。粒度の差をこのようにすると、凹凸を形成しやすい点で有利だからである。また、活材と絡みやすくするために、塗膜の厚みを最大限に利用した凹凸を形成するのに必要な粒径の組合せとなる。 The carbon material has an average particle size of 100 to 2000 nm, preferably an average particle size of 200 to 1600 nm, more preferably an average particle size of 200 to 1000 nm, most preferably an average particle size of 300 to 700 nm, and an average grain size. Two or more kinds of particles having a diameter of 1000 to 4000 nm, preferably an average particle diameter of 1200 to 3000 nm, more preferably an average particle diameter of 1000 to 2000 nm, and most preferably an average particle diameter of 800 to 1500 nm can be used. This is because it is advantageous to make the difference in particle size in this way in that unevenness is easily formed. Further, in order to facilitate entanglement with the active material, it is a combination of particle sizes required to form irregularities that make maximum use of the thickness of the coating film.
炭素材料は、カーボンコート層表面において最密充填になりにくくなるように配合するのが良い。たとえば、平均粒径300~700nmの粒度のカーボンブラックをA、平均粒径800~1500nmの粒度のカーボンブラックをBとしたとき、好適には、A:B=100:1~900の重量比率、好ましくは、100:10~700、更に好ましくは、100:10~500、最も好ましくは、100:10~300で組み合わせることができる。比率をこのようにすると、カーボンコート層表面において最密充填になりにくく、凹凸を付けやすい一方、カーボンコート層内部では、粒度の小さなカーボンブラックAが最密充填に寄与し、抵抗が下がる点で有利だからである。 The carbon material should be blended so as to prevent close packing on the surface of the carbon coat layer. For example, when carbon black having an average particle size of 300 to 700 nm is A and carbon black having an average particle size of 800 to 1500 nm is B, a weight ratio of A: B = 100: 1 to 900 is preferable. The combination can be preferably 100: 10 to 700, more preferably 100: 10 to 500, and most preferably 100: 10 to 300. When the ratio is set in this way, it is difficult for the carbon coat layer to be packed densely and it is easy to make irregularities. On the other hand, inside the carbon coat layer, carbon black A having a small particle size contributes to the close packing and the resistance is lowered. Because it is advantageous.
黒鉛については、平均粒径0.5μm~5.0μmの粒度の黒鉛が望ましい。平均粒径0.5μm~5.0μmの粒度範囲では、黒鉛が核となり、凹凸が付けやすくなる点で有利だからである。また、目標とした塗膜の厚みと粗同じ粒径の黒鉛を用いることにより、核となりやすい。 As for graphite, graphite having an average particle size of 0.5 μm to 5.0 μm is desirable. This is because in the particle size range of an average particle size of 0.5 μm to 5.0 μm, graphite becomes a nucleus, which is advantageous in that unevenness is easily formed. Further, by using graphite having a particle size roughly the same as the target coating film thickness, it is easy to become a nucleus.
炭素材料は、二次凝集しているカーボンブラック等の炭素材料を、ボールミル、ビーズミル、ホモミキサー等の粉砕機や分散機で粒度調整して用いても良い。 As the carbon material, a carbon material such as carbon black that is secondarily agglomerated may be used by adjusting the particle size with a crusher or a disperser such as a ball mill, a bead mill, or a homomixer.
炭素材料は、凹凸を付けるために大きい粒子として黒鉛を用いても良い。また、凹凸を形成する目的にカーボンナノチューブ等の炭素材料を用いても良い。 As the carbon material, graphite may be used as large particles in order to make irregularities. Further, a carbon material such as carbon nanotubes may be used for the purpose of forming irregularities.
活材は、特に制限されず、種々の物質を用いることができる。たとえば、三元系、Mn系、Fe系、LCO等で良い。 The active material is not particularly limited, and various substances can be used. For example, ternary system, Mn system, Fe system, LCO, etc. may be used.
活材を構成する粒子の粒径は、材料によって異なるが、例えば、Fe系の場合は0.2~10.0μmであり、Mn系の場合は0.5~20.0μmである。 The particle size of the particles constituting the active material varies depending on the material, but is, for example, 0.2 to 10.0 μm in the case of Fe-based material and 0.5 to 20.0 μm in the case of Mn-based material.
(塗料)
本発明による塗料は、集電体上に上記本発明によるカーボンコート層を作成するために用いる塗料である。ここで、塗料は炭素材料を含み、粘度が10mPa・s以上10000mPa・s以下であり、集電体上への塗工によって、前記炭素材料による凹凸が活材と接触する側の表面に形成されることを特徴とする。
(paint)
The paint according to the present invention is a paint used for forming the carbon coat layer according to the present invention on a current collector. Here, the paint contains a carbon material and has a viscosity of 10 mPa · s or more and 10,000 mPa · s or less, and unevenness due to the carbon material is formed on the surface on the side in contact with the active material by coating on the current collector. It is characterized by that.
上述のように、グラビア塗工機を用いて集電体上にカーボンコート層を形成する際に、グラビア塗工機の版に、所定の形状の凹凸パターンを設けることにより、カーボンコート層の表面に上記凹凸パターンを反映した凹凸パターンが形成される。そして、活材をカーボンコート層の表面に塗布すると、カーボンコート層表面の凹凸パターンの凹部に粒径の大きな活物質が収容され、活材とカーボンコート層との間の空隙が低減されて、活材とカーボンコート層、ひいては集電体との密着力を向上させることができる。 As described above, when the carbon coat layer is formed on the current collector using the gravure coater, the surface of the carbon coat layer is provided by providing the plate of the gravure coater with an uneven pattern having a predetermined shape. A concavo-convex pattern that reflects the concavo-convex pattern is formed on the surface. When the active material is applied to the surface of the carbon coat layer, the active material having a large particle size is accommodated in the concave portions of the uneven pattern on the surface of the carbon coat layer, and the voids between the active material and the carbon coat layer are reduced. It is possible to improve the adhesion between the active material and the carbon coat layer, and by extension, the current collector.
しかし、本発明者らによる検討の結果、炭素材料を含む塗料の粘度が適正範囲にない場合には、グラビア塗工機の版の凹凸パターンがカーボンコート層の表面に良好に転写されないことが判明した。そこで本発明者らは、グラビア塗工機の版の凹凸パターンをカーボンコート層に良好に転写する塗料の粘度範囲について鋭意検討した結果、粘度が10mPa・s以上10000mPa・s以下とすることが肝要であることを見出したのである。より好ましくは、粘度は、100mPa・s以上600mPa・s以下である。 However, as a result of the study by the present inventors, it was found that when the viscosity of the paint containing the carbon material is not in the appropriate range, the uneven pattern of the plate of the gravure coating machine is not transferred well to the surface of the carbon coat layer. did. Therefore, as a result of diligent studies on the viscosity range of the paint that satisfactorily transfers the uneven pattern of the plate of the gravure coating machine to the carbon coat layer, it is important that the viscosity is 10 mPa · s or more and 10,000 mPa · s or less. I found that. More preferably, the viscosity is 100 mPa · s or more and 600 mPa · s or less.
本発明による塗料は、溶媒に、バインダーと上述した炭素材料とを配合することによって調製することができる。また、塗料の粘度は、上記溶媒、バインダーおよび炭素材料の配合比で調整することができる。 The coating material according to the present invention can be prepared by blending a binder and the above-mentioned carbon material in a solvent. Further, the viscosity of the paint can be adjusted by the blending ratio of the solvent, the binder and the carbon material.
炭素材料は、カーボンブラック、黒鉛、グラフェンおよびカーボンナノチューブからなる群より選ばれる少なくとも一種で良いことは、上述の通りである。炭素材料は導電材としてはたらき、凹凸を介して集電体と活材との密着性を向上させる。 As described above, the carbon material may be at least one selected from the group consisting of carbon black, graphite, graphene and carbon nanotubes. The carbon material acts as a conductive material and improves the adhesion between the current collector and the active material through the unevenness.
たとえば、塗料には、カーボンコート層の表面に炭素材料による凹凸を付けるために、粒度の違うカーボンブラックを配合することができ、平均粒径300~700nmの粒度と平均粒径800~1500nmの粒度の2種類の粒度のカーボンブラックを用いることにより、カーボンコート層表面において最密充填になりにくく、凹凸を付けやすい一方、カーボンコート層内部では、粒度の小さなカーボンブラックAが最密充填に寄与し、抵抗が下げることができる。そして、凹凸差が0.5~2.0μmの塗膜をカーボンコート層として形成することができる。 For example, the paint can be blended with carbon black having different grain sizes in order to make the surface of the carbon coat layer uneven due to the carbon material, with an average grain size of 300 to 700 nm and an average grain size of 800 to 1500 nm. By using carbon black with two types of grain size, carbon black A with a small grain size contributes to the densest filling inside the carbon coat layer, while it is difficult to fill the surface of the carbon coat layer with unevenness easily. , Resistance can be lowered. Then, a coating film having an unevenness difference of 0.5 to 2.0 μm can be formed as a carbon coat layer.
また、炭素材料による凹凸を付けるには、塗料に使用される溶媒で希釈を行い、固形分を落としてから塗工することにより、溶媒が揮発した跡が空隙となり、カーボンコート層に凹凸を形成する手法も用いることができる。 In addition, in order to make unevenness with the carbon material, dilute with the solvent used for the paint, remove the solid content, and then apply the coating. Can also be used.
バインダーは、特に制限されることなく、ポリオレフィン等、種々の薬剤の水溶液を用いることができる。 The binder is not particularly limited, and an aqueous solution of various chemicals such as polyolefin can be used.
溶媒は特に制限されず、水でも有機溶剤でもどちらでも良い。水溶性バインダーを使用する場合は水、好ましくは、イオン交換水、純水を用いることができ、有機溶剤に溶解するバインダーを用いる場合には有機溶剤を用いることができる。 The solvent is not particularly limited, and either water or an organic solvent may be used. When a water-soluble binder is used, water, preferably ion-exchanged water or pure water, can be used, and when a binder soluble in an organic solvent is used, an organic solvent can be used.
溶媒に、バインダーと、上述したカーボンコート層の凹凸を形成させ、導電性を形成させるカーボンブラック、黒鉛、グラフェン、CNT等の炭素材料とを配合し、塗料としての分散体を作成することができる。 A dispersion as a paint can be prepared by blending a binder and a carbon material such as carbon black, graphite, graphene, or CNT that forms the above-mentioned unevenness of the carbon coat layer and forms conductivity in the solvent. ..
また塗料には、必要に応じて、分散剤を用いることができ、分散剤は特に制限されるものではなく、カルボキシメチルセルロース(単に「CMC」とも称する)等、通常の種々の薬剤を使用できる。 Further, a dispersant can be used as a paint, if necessary, and the dispersant is not particularly limited, and various ordinary chemicals such as carboxymethyl cellulose (also simply referred to as “CMC”) can be used.
分散機については、ホモミキサー、ニーダー、ボールミル、ビーズミル等、特に制限されず、通常の充分均一に分散出来る装置を用い、均一に分散した塗料を作成するのが良い。 The disperser is not particularly limited, such as a homomixer, a kneader, a ball mill, a bead mill, etc., and it is preferable to use a normal device capable of sufficiently and evenly dispersing to produce a uniformly dispersed paint.
(カーボンコート層の形成方法)
本発明によるカーボンコート層の形成方法は、炭素材料による凹凸が活材と接触する側に設けられているカーボンコート層を集電体上に形成する方法であり、以下の工程、すなわち、炭素材料が含まれる塗料を用意すること、およびグラビア塗工機を用いて前記塗料を前記集電体上に塗布することを含む。ここで、上記グラビア塗工機のグラビア版は、図2に示したように、集電体上のカーボンコート層の形成領域に対応する領域に、複数のカップ11が形成された領域12と、カップ11が形成されていない領域13とを有することを特徴とする。
(Method of forming carbon coat layer)
The method for forming the carbon coat layer according to the present invention is a method for forming the carbon coat layer on the current collector on the side where the unevenness due to the carbon material comes into contact with the active material, and is the following step, that is, the carbon material. The present invention includes preparing a paint containing the above-mentioned paint and applying the paint onto the current collector using a gravure coating machine. Here, in the gravure version of the gravure coating machine, as shown in FIG. 2, a
上記グラビア版1のカップ11が形成された領域12の形状は特に限定されず、平面視した際に、線状(ストライプ状)、格子状、六角形状、多角形状、円状、楕円状等とすることができ、活材と集電体との密着性をより向上させることができることから、格子状であることが好ましいことは上述の通りである。なお、領域12の形状が線状(ストライプ状)の場合、線の方向は、集電体の流れ方向に対して平行であっても、垂直であっても、交差していてもよい。
The shape of the
また、上記グラビア版1における領域13の形状についても特に限定されず、平面視した際に、正方形、六角形、多角形、円形、楕円形等とすることができる。中でも、活材と集電体との密着性をより向上させることができることから、正方形であることが好ましいことも上述の通りである。
Further, the shape of the
さらに、上記領域13が活材の最大粒径より大きな寸法を有することが好ましいこと、上記領域13の寸法は0.01mm以上10mm以下であることが好ましいこと、カップ11の深さは0.01mm以上0.20mm以下であることが好ましいことは、前述の通りである。
Further, it is preferable that the
さらに、上記塗料として、上述した本発明による塗料を用いることができる。 Further, as the above-mentioned paint, the above-mentioned paint according to the present invention can be used.
本発明によれば、グラビア塗工機のグラビア版1に集電体上のカーボンコート層の形成領域に対応する領域に、複数のカップ11が形成された領域12と、カップ11が形成されていない領域13とを設けたため、形成されたカーボンコート層の表面には、上記グラビア塗工機のグラビア版表面の、カップ11が形成された領域の形状(図2では格子状)を反映した凹凸パターンが転写される。そして、活材がカーボンコート層上に塗布されると、粒径の大きな活物質がカーボンコート層表面の凹凸パターンの凹部に収容され、活材とカーボンコート層との間の空隙を低減して、カーボンコート層と集電体との密着性を向上させることができる。
According to the present invention, in the gravure plate 1 of the gravure coating machine, a
また、本発明によれば、溶媒が揮発した跡の空隙を利用し凹凸を付けても、活材との密着性を向上させることができる。 Further, according to the present invention, it is possible to improve the adhesion to the active material even if unevenness is formed by utilizing the voids of the trace of the volatilization of the solvent.
さらに、本発明によれば、単一の粒度の炭素材料を使用する場合、および粒度の違ったカーボンブラック等の炭素材料を複数配合する場合のいずれにおいても、乾燥塗膜が平坦な塗膜ではなく、ゴツゴツと0.2~4.0μm等の凹凸差を形成することができ、活材を塗工時その凹凸部に活材が絡み合い、物理的な高強度が高い密着力が得られる。 Further, according to the present invention, in both the case where a carbon material having a single particle size is used and the case where a plurality of carbon materials such as carbon black having different particle sizes are blended, a coating film having a flat dry coating film can be used. It is possible to form a difference in unevenness such as 0.2 to 4.0 μm from the ruggedness, and when the active material is applied, the active material is entangled with the uneven portion, and high physical strength and high adhesion can be obtained.
カーボンコート層と活材層との密着性の改善は、ピール強度によって評価することができる。ピール強度は、10mm巾にカットした試験片の塗工面にセロテープ(登録商標)(NITTO TAPE No,31B)を貼り付け、垂直方向に力を加え、剥がれだした際の数値〔N(ニュートン)〕を読み取る。測定器は(株)今田製作所製DIGITAL FORCE GAUGEを用いることができる。より詳細な条件は、JIS C5016に記載されている。 The improvement in the adhesion between the carbon coat layer and the active material layer can be evaluated by the peel strength. Peel strength is the value when cellophane tape (registered trademark) (NITTO TAPE No, 31B) is attached to the coated surface of the test piece cut to a width of 10 mm, and force is applied in the vertical direction to peel it off [N (Newton)]. To read. DIGITAL FORCE GAUGE manufactured by Imada Seisakusho Co., Ltd. can be used as the measuring instrument. More detailed conditions are described in JIS C 5016.
ピール強度の改善は、電池の界面抵抗、内部抵抗の低減、サイクル特性の向上について十分な相関がある。ピール強度が強いと言うことは、活材との密着が良いので、界面抵抗、内部抵抗が低減でき、サイクル特性にも良好の結果になる。 The improvement in peel strength has a sufficient correlation with the reduction of the interfacial resistance and the internal resistance of the battery and the improvement of the cycle characteristics. Having a strong peel strength means that the adhesion with the active material is good, so that the interfacial resistance and the internal resistance can be reduced, and the cycle characteristics are also good.
後述する実施例に示すように、カーボンコート層は膜厚を2μm以下にすることができ、活材の充填量を損なうことなく、活材と集電体との密着力を上げることにより内部抵抗が低減でき、電池の容量を落とさず充放電サイクルに優れた特性が得られる。 As shown in Examples described later, the film thickness of the carbon coat layer can be 2 μm or less, and the internal resistance is increased by increasing the adhesion between the active material and the current collector without impairing the filling amount of the active material. Can be reduced, and excellent characteristics for the charge / discharge cycle can be obtained without reducing the capacity of the battery.
(集電体および電池)
上述したカーボンコート層を設けた集電体または前記集電体を含む電池やキャパシタ等もまた、本発明の範囲内である。本発明に従うカーボンコート層を組み込む場合、集電体、電池、キャパシタ等の構成は、通常のものであれば特に制限されず、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ等の集電体に設けることができる。
(Current collector and battery)
The current collector provided with the carbon coat layer described above, or a battery, a capacitor, or the like including the current collector is also within the scope of the present invention. When incorporating the carbon coat layer according to the present invention, the configuration of the current collector, the battery, the capacitor and the like is not particularly limited as long as it is a normal one, and it can be provided in the current collector such as a lithium ion battery and a lithium ion capacitor. ..
次に、本発明を実施例によって説明する。以下では、重量部を単に「部」で示す。 Next, the present invention will be described by way of examples. In the following, parts by weight are simply referred to as "parts".
(実施例1)
炭素材料としてカーボンブラック20部、分散剤としてCMC2部、純水78部のスラリーを作成した。
作成したスラリーについて、ビーズミルを用い平均粒径450nm迄解砕したカーボンブラック溶液に、バインダーとして15部のポリオレフィン水溶液を添加し、撹拌機を用い充分均一に分散した塗料を作成した。作成した塗料を、図2に示したグラビア版1(クリアランス0.2mmピッチ、領域12の一辺が0.1mm、領域13の一辺が0.1mm)を用いたグラビア塗工機にてアルミ箔に塗工し、乾燥膜厚1.5μmの塗膜を形成した。凹部の深さは1.5μmであった。その塗膜に活材のペースト(10μm・LCO:100部、PVDF:2部)を塗工・乾燥後、活材の密着性をピール強度にて評価した。得られた結果を表1に示す。
(Example 1)
A slurry of 20 parts of carbon black as a carbon material, 2 parts of CMC as a dispersant, and 78 parts of pure water was prepared.
With respect to the prepared slurry, 15 parts of an aqueous polyolefin solution was added as a binder to a carbon black solution crushed to an average particle size of 450 nm using a bead mill, and a sufficiently uniformly dispersed paint was prepared using a stirrer. The created paint was applied to the aluminum foil by a gravure coating machine using the gravure plate 1 (clearance 0.2 mm pitch, one side of the
膜厚は、上述したように50mm×50mmにカットした塗工品(カーボンコート層+集電箔)の重量を測定したのち、溶媒を用いカーボンコート層を綺麗にはがし取ったあとの集電箔の重量を測定し、重量差より測定した。
凹凸差は上述したように断面をSEM観察することで測定する。測定は凸部および凹部の各5箇所で行い、それらを平均して算出した。
粒度は動的光散乱法で測定した。
ピール強度は上述したように測定した。
As for the film thickness, after measuring the weight of the coated product (carbon coat layer + current collector foil) cut to 50 mm × 50 mm as described above, the current collector foil after removing the carbon coat layer cleanly with a solvent. Was measured and measured from the weight difference.
The unevenness difference is measured by observing the cross section by SEM as described above. The measurement was performed at 5 points each of the convex part and the concave part, and they were averaged and calculated.
The particle size was measured by a dynamic light scattering method.
Peel strength was measured as described above.
(実施例2)
実施例1のカーボンブラック溶液に5μmの黒鉛粉末を添加し同じくビーズミルを用い、分散液を作成後、同じく15部のポリオレフィン水溶液を添加し塗料を作成した。同様に、図2に示したグラビア版1(クリアランス0.2mmピッチ、領域13の一辺が0.1mm)を用いたグラビア塗工機を用いアルミ箔に塗工し、乾燥膜厚1.5μmの塗膜を形成し、同活材ペーストを塗工・乾燥後活材の密着性をピール強度にて評価を行った。得られた結果を表1に示す。
(Example 2)
A 5 μm graphite powder was added to the carbon black solution of Example 1 to prepare a dispersion liquid using a bead mill, and then 15 parts of a polyolefin aqueous solution was also added to prepare a paint. Similarly, the aluminum foil is coated using a gravure coating machine using the gravure plate 1 (clearance 0.2 mm pitch, one side of the
(実施例3)
実施例2の黒鉛粉末を添加した塗料を用い、図3に示すグラビア版2(クリアランス0.3mmピッチ、領域13の一辺が0.2mm)を用いたグラビア塗工機を用いアルミ箔に塗工し、乾燥膜厚1.5μmの塗膜を形成し、同活材ペーストを塗工・乾燥後活材の密着性をピール強度にて評価を行った。得られた結果を表1に示す。
(Example 3)
Using the paint to which the graphite powder of Example 2 was added, the aluminum foil was coated with a gravure coating machine using the gravure plate 2 (clearance 0.3 mm pitch, one side of the
(比較例)
実施例1の塗料を用い、凹凸の無い平坦な版を用いたグラビア塗工機にてアルミ箔に塗工し、乾燥膜厚1.5μmの塗膜を形成し、同活材ペーストを塗工・乾燥後活材の密着性をピール強度にて評価を行った。得られた結果を表1に示す。
(Comparative example)
Using the paint of Example 1, coat the aluminum foil with a gravure coating machine using a flat plate without unevenness to form a coating film with a dry film thickness of 1.5 μm, and apply the same active material paste. After drying, the adhesion of the active material was evaluated by the peel strength. The results obtained are shown in Table 1.
なお、表1の値は、プライマー層を塗工せず、活材ペーストのみ塗工した塗膜のピール強度を評価したときの数値を「100」としたときの相対値を示している。 The values in Table 1 show relative values when the value when the peel strength of the coating film coated only with the active material paste without applying the primer layer was evaluated as "100".
比較例の結果から、プレーン箔に直接活材塗工するより、炭素材料を含むプライマー箔を作成するだけでも、ピール強度が約2倍強くなることが分かる。そして、実施例1~3の結果から、クリアランス0.2または0.3mmピッチの格子模様の付いたグラビア版を用い塗工することにより、プライマー箔の2.5倍以上、プレーン箔と比較すると5倍以上ピール強度が強くなっていることが分かる。以上から、本発明により、界面抵抗を低減することができ、サイクル特性を向上させることができる。 From the results of the comparative example, it can be seen that the peel strength is about twice as strong just by preparing the primer foil containing the carbon material, rather than directly applying the active material to the plain foil. Then, from the results of Examples 1 to 3, by applying using a gravure plate with a grid pattern with a clearance of 0.2 or 0.3 mm, the peel strength is 2.5 times or more that of the primer foil and 5 times or more that of the plain foil. It can be seen that is getting stronger. From the above, according to the present invention, the interfacial resistance can be reduced and the cycle characteristics can be improved.
本発明によれば、グラビア塗工機を用いて、カーボンコート層の表面に所定の形状の凹凸パターンを形成し、該凹凸パターンが形成されたカーボンコート層の表面に炭素材料による凹凸を設けることによって、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ等の集電体において、正極や負極の活材層との密着性を改善し、内部抵抗を低くすることができる。 According to the present invention, a gravure coating machine is used to form an uneven pattern having a predetermined shape on the surface of a carbon coat layer, and the surface of the carbon coat layer on which the uneven pattern is formed is provided with unevenness due to a carbon material. Thereby, in a current collector such as a lithium ion battery and a lithium ion capacitor, the adhesion to the active material layer of the positive electrode and the negative electrode can be improved, and the internal resistance can be lowered.
1,2,10 グラビア版
11 カップ
12 カップが彫られた領域
13 カップが彫られていない領域
B 土手
C クリアランス
1,2,10
Claims (14)
活材と接触する側の表面に、前記グラビア塗工機のグラビア版の表面の模様を反映した凹凸パターンを有し、かつ
前記炭素材料による凹凸が、前記凹凸パターンを有する表面に設けられていることを特徴とするカーボンコート層。 A carbon coat layer containing a carbon material provided on a current collector by a gravure coating machine.
The surface on the side in contact with the active material has an uneven pattern that reflects the pattern on the surface of the gravure plate of the gravure coating machine, and the unevenness due to the carbon material is provided on the surface having the uneven pattern. A carbon coat layer characterized by that.
炭素材料が含まれる塗料を用意すること、および
グラビア塗工機を用いて前記塗料を前記集電体上に塗布すること
を含み、
前記グラビア塗工機のグラビア版が、前記集電体上の前記カーボンコート層の形成領域に対応する領域に、複数のカップが形成された領域と、カップが形成されていない領域とを有し、
前記活材と接触する側の表面に、前記グラビア塗工機の前記グラビア版の表面の模様を反映した凹凸パターンを有し、かつ前記炭素材料による凹凸が、前記凹凸パターンを有する表面に設けられているカーボンコート層を形成することを特徴とする方法。 It is a method of forming a carbon coat layer provided on the side where the unevenness due to the carbon material comes into contact with the active material on the current collector, and the following steps:
This includes preparing a paint containing a carbon material and applying the paint onto the current collector using a gravure coating machine.
The gravure plate of the gravure coating machine has a region in which a plurality of cups are formed and a region in which cups are not formed in a region corresponding to a region in which the carbon coat layer is formed on the current collector. ,
The surface on the side in contact with the active material has an uneven pattern reflecting the pattern on the surface of the gravure plate of the gravure coating machine, and the unevenness due to the carbon material is provided on the surface having the uneven pattern. A method characterized by forming a carbon coat layer.
前記集電体上の前記カーボンコート層の形成領域に対応する領域に、複数のカップが形成された領域と、カップが形成されていない領域とを有することを特徴とするグラビア版。 A gravure plate for forming a carbon coat layer containing a carbon material on a current collector.
A gravure plate characterized by having a region in which a plurality of cups are formed and a region in which cups are not formed in a region corresponding to a region in which the carbon coat layer is formed on the current collector.
The gravure plate according to claim 12 or 13, wherein the dimension of the region where the cup is not formed is 0.01 mm or more and 10 mm or less.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017216506A JP7093985B2 (en) | 2017-11-09 | 2017-11-09 | Carbon coat layer, current collector, battery, carbon coat layer formation method and gravure plate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017216506A JP7093985B2 (en) | 2017-11-09 | 2017-11-09 | Carbon coat layer, current collector, battery, carbon coat layer formation method and gravure plate |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019087489A JP2019087489A (en) | 2019-06-06 |
JP7093985B2 true JP7093985B2 (en) | 2022-07-01 |
Family
ID=66763341
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017216506A Active JP7093985B2 (en) | 2017-11-09 | 2017-11-09 | Carbon coat layer, current collector, battery, carbon coat layer formation method and gravure plate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7093985B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102205725B1 (en) * | 2019-07-24 | 2021-01-20 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | Method for manufacturing carbon material-coated current collector, carbon material-coated current collector thereby and energe storage device comprising the carbon material-coated current collector |
EP4059999A4 (en) | 2019-11-14 | 2024-07-31 | Apb Corp | Lithium ion battery collector, production method for lithium ion battery collector, and lithium ion battery electrode |
CN215451468U (en) * | 2021-06-28 | 2022-01-07 | 比亚迪股份有限公司 | Electrode sheet, electrochemical device and priming device |
CN216597640U (en) * | 2021-07-05 | 2022-05-24 | 托马斯·吉哈德·维尔海姆·达米兹 | Lithium ion battery |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003051313A (en) | 2001-08-07 | 2003-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacturing method for secondary battery and secondary battery |
JP2009266466A (en) | 2008-04-23 | 2009-11-12 | Nec Tokin Corp | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
JP2010062063A (en) | 2008-09-05 | 2010-03-18 | Toyota Motor Corp | Current collecting foil for battery, method of manufacturing the same, and battery |
JP2013030410A (en) | 2011-07-29 | 2013-02-07 | Furukawa Sky Kk | Collector, electrode structure, nonaqueous electrolyte battery, and capacitor component |
JP2013187034A (en) | 2012-03-08 | 2013-09-19 | Hitachi Ltd | Positive electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery and battery module |
JP2015088333A (en) | 2013-10-30 | 2015-05-07 | 日本黒鉛工業株式会社 | Carbon coat layer, paint, collector, battery and method of forming carbon coat layer |
JP2016018725A (en) | 2014-07-09 | 2016-02-01 | トヨタ自動車株式会社 | Method for manufacturing electrode for lithium ion secondary battery |
-
2017
- 2017-11-09 JP JP2017216506A patent/JP7093985B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003051313A (en) | 2001-08-07 | 2003-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacturing method for secondary battery and secondary battery |
JP2009266466A (en) | 2008-04-23 | 2009-11-12 | Nec Tokin Corp | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
JP2010062063A (en) | 2008-09-05 | 2010-03-18 | Toyota Motor Corp | Current collecting foil for battery, method of manufacturing the same, and battery |
JP2013030410A (en) | 2011-07-29 | 2013-02-07 | Furukawa Sky Kk | Collector, electrode structure, nonaqueous electrolyte battery, and capacitor component |
JP2013187034A (en) | 2012-03-08 | 2013-09-19 | Hitachi Ltd | Positive electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery and battery module |
JP2015088333A (en) | 2013-10-30 | 2015-05-07 | 日本黒鉛工業株式会社 | Carbon coat layer, paint, collector, battery and method of forming carbon coat layer |
JP2016018725A (en) | 2014-07-09 | 2016-02-01 | トヨタ自動車株式会社 | Method for manufacturing electrode for lithium ion secondary battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019087489A (en) | 2019-06-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7093985B2 (en) | Carbon coat layer, current collector, battery, carbon coat layer formation method and gravure plate | |
JP6239936B2 (en) | Carbon coat layer, paint, current collector, battery, and method for forming carbon coat layer | |
JP5598356B2 (en) | Conductive primer for lithium ion batteries | |
JP4602254B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
JPWO2012096189A1 (en) | Current collector | |
KR102015134B1 (en) | Electroconductive base coating material for capacitor, electrode for capacitor, and electric double layer capacitor and lithium ion capacitor | |
Busson et al. | A primed current collector for high performance carbon-coated LiFePO4 electrodes with no carbon additive | |
TWI580099B (en) | A collector foil, an electrode structure, a lithium secondary battery, or an electric double layer capacitor | |
JP2010114206A (en) | Negative electrode film for lithium-ion capacitor, and electrode film-forming coating material composition | |
JP7156095B2 (en) | Method for producing positive electrode slurry, method for producing positive electrode, method for producing all-solid battery, and positive electrode and all-solid battery | |
JP2013110098A (en) | Collector, method for manufacturing collector, electrode and secondary battery | |
JP5144821B1 (en) | Method for producing electrode material | |
JP3534031B2 (en) | Method for manufacturing electrode for battery / capacitor | |
JP6269914B2 (en) | Electrode for power storage device, slurry for electrode, and power storage device | |
KR101693359B1 (en) | Aluminum current collector, electrode comprising the Aluminum current collector, and electrochemical device comprising the electrode | |
WO2024051291A1 (en) | Electrode sheet and battery | |
TW201943123A (en) | Energy storage device electrode and energy storage device | |
JP2022092808A (en) | All-solid battery | |
EP3809490B1 (en) | Electrode for lithium ion secondary batteries and lithium ion secondary battery | |
JP6954032B2 (en) | Electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries | |
KR102610373B1 (en) | Negative active material paint, negative electrode and secondary battery | |
US11469408B2 (en) | Electrode and secondary battery | |
CN107104235B (en) | Preparation method of graphene nano copper composite material for lithium ion battery cathode material | |
JP2021128857A (en) | All-solid battery negative electrode | |
JP7435531B2 (en) | negative electrode slurry |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200903 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210907 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20211102 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211217 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220517 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220524 |
|
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: 20220607 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220614 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7093985 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |