JP7176504B2 - 電極、電極の製造方法、蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法 - Google Patents
電極、電極の製造方法、蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7176504B2 JP7176504B2 JP2019223183A JP2019223183A JP7176504B2 JP 7176504 B2 JP7176504 B2 JP 7176504B2 JP 2019223183 A JP2019223183 A JP 2019223183A JP 2019223183 A JP2019223183 A JP 2019223183A JP 7176504 B2 JP7176504 B2 JP 7176504B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- particles
- composite
- cationic organic
- mass
- 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
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- 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
Description
マイナスに帯電する活物質粒子の表面にカチオン性有機物とアニオン性導電材とを含む複合体が形成された複合粒子、を備え、
導電率が0.40mS/cm以上である。
上述した電極である正極と、
負極活物質を有する負極と、
前記正極と前記負極との間に介在するイオン伝導媒体と、
を備えたものである。
マイナスに帯電する活物質粒子の表面にカチオン性有機物とアニオン性導電材とを含む複合体が付着した複合体付着粒子が200℃以上かつ前記複合体が凝集する凝集温度未満の温度で熱処理された複合粒子を含む電極材を用いて電極を作製する電極作製工程、
を含むものである。
上述した電極の製造方法で製造した正極と、負極活物質を有する負極と、の間にイオン伝導媒体を介在させて、蓄電デバイスを作製する、蓄電デバイス作製工程、
を含むものである。
本開示の電極は、マイナスに帯電する活物質粒子の表面にカチオン性有機物とアニオン性導電材とを含む複合体が形成された複合粒子、を備えている。
次に、電極の製造方法について説明する。この製造方法は、例えば、カチオン性有機物付着工程と、複合体付着工程と、熱処理工程と、電極作製工程と、を含むものとしてもよい。
この工程では、カチオン性有機物付着粒子を作製する。この工程では、例えば以下のように、分散媒や溶媒を用いて活物質粒子とカチオン性有機物とを混合するのが好ましい。分散媒や溶媒としては、水系のものを用いてもよいし、有機系のものを用いてもよいが、水が好ましい。カチオン性有機物付着工程では、例えば、上述した活物質粒子を分散媒に分散させて活物質粒子の分散液を作製する。また、上述したカチオン性有機物を溶媒に溶解又は分散媒に分散させてカチオン性有機物の溶液又は分散液を作製する。そして、活物質粒子の分散液にカチオン性有機物の溶液又は分散液を混合して撹拌する。これにより、活物質粒子のマイナス電荷とカチオン性有機物のプラス電荷とが静電引力で引き合い、活物質粒子の表面にカチオン性有機物が付着し、カチオン性有機物付着粒子が得られる。その後、ロータリーエバポレーター等を用いて分散媒や溶媒を蒸発させて除去し、あるいは、フリーズドライ等により分散媒や溶媒を昇華させて除去し、活物質粒子表面にカチオン性有機物が強固に付着したカチオン性有機物付着粒子を得る。カチオン性有機物付着工程では、分散媒や溶媒を除去するにあたり、カチオン性有機物が活物質粒子の周囲に留まるようにするため、つまり、カチオン性有機物が分散媒や溶媒とともに除去されないようにするため、分散媒や溶媒を蒸発又は昇華させて除去することが好ましい。カチオン性有機物付着工程において、分散媒や溶媒を除去する工程を省略してもカチオン性有機物付着粒子が得られるが、分散媒や溶媒を除去した方が、カチオン性有機物が活物質粒子の周囲により確実に付着するため好ましい。
この工程では、熱処理前の複合粒子である複合体付着粒子を作製する。この工程では、例えば以下のように、分散媒や溶媒を用いてカチオン性有機物付着粒子とアニオン性導電材とを混合するのが好ましい。分散媒や溶媒としては、水系のものを用いてもよいし、有機系のものを用いてもよいが、水が好ましい。複合体付着工程では、例えば、カチオン性有機物付着工程で得られたカチオン性有機物付着粒子を分散媒に分散させたカチオン性有機物付着粒子の分散液を準備する。また、上述したアニオン性導電材を分散媒に分散させたアニオン性導電材の分散液を準備する。そして、カチオン性有機物付着粒子の分散液にアニオン性導電材の分散液を混合して撹拌する。これにより、活物質粒子に付着したカチオン性有機物とアニオン性導電材とが静電引力で引き合い、カチオン性有機物とアニオン性導電材とを含む複合体が生成し、活物質粒子の表面に複合体が付着した複合体付着粒子が得られる。その後、吸引ろ過等によって分散媒や溶媒を除去し、粉末状の複合体付着粒子を得る。なお、複合体付着工程では、分散媒や溶媒を除去するにあたり、複合体に利用されなかったカチオン性有機物が分散媒や溶媒とともに除去されるようにするため、分散媒や溶媒をろ過法などで除去することが好ましい。複合体付着工程で生成する複合体は、層状構造等の規則構造を有する場合が多い。こうした規則構造は、熱処理工程後にも保たれ、活物質粒子の周りに適度な空隙を生じさせると考えられる。
この工程では、複合体付着工程で得られた複合体付着粒子を熱処理して、熱処理済みの複合粒子を作製する。熱処理は、200℃以上かつ複合体が凝集する凝集温度未満の温度で行う。凝集温度以上では、複合体は膜状物ではなくなる。熱処理温度は、カチオン性有機物がカチオン性ポリマーである場合、例えば200℃以上400℃以下の温度であり、好ましくは200℃以上350℃以下、より好ましくは200℃以上300℃以下である。熱処理温度は、カチオン性有機物がカチオン性非ポリマーである場合、例えば200℃以上300℃以下である。熱処理時の雰囲気は、特に限定されるものではなく、例えば大気雰囲気などでもよいが、導電性向上の観点からは、還元雰囲気又は不活性雰囲気が好ましい。大気雰囲気の場合は、200℃以上350℃以下の温度で熱処理を行うことが特に好ましい。熱処理時間は、例えば1時間以上5時間以下である。この熱処理によって、アニオン性導電材に含まれる酸素を含む置換基の一部又は全部が還元されたり、カチオン性有機物の一部又は全部が分解されたりする。これにより、グラフェンの電気伝導率が向上し、活物質粒子と直接接触する導電材が増加するため、複合粒子を電極に用いた際に活物質粒子間の電子移動が容易になり電極の導電率が向上する。また、カチオン性有機物の分解によってアニオン性導電材の間に適度な空隙ができるため、複合粒子を電極に用いた際に活物質粒子の周りにイオン伝導媒体が入り込み易くなり、活物質粒子とイオン伝導媒体との間でのリチウムの授受が容易となる。
この工程では、例えば、上述した熱処理工程で得られた複合粒子を含む電極材を用いて電極を作製する。電極は、例えば、複合粒子を含む電極材を準備し、集電体の表面に電極材層を形成し、必要に応じて、結着性を高めるべく加熱したり、電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。電極材は、複合粒子に含まれるカチオン性有機物以外に結着材を含むものとしてもよいし、結着材を含まないものとしてもよい。また、電極材は、複合粒子に含まれるアニオン性導電材以外に導電材を含むものとしてもよいし導電材を含まないものとしてもよい。結着材や導電材、集電体としては、上述した電極の説明で例示したものを用いることができる。電極材層の形成は、乾式で行うことが好ましいが、湿式で行ってもよい。湿式で電極材層を形成する場合、電極材は、水や、水に分散剤、増粘剤、SBRなどのラテックス等を加えたものを用いて、ペースト状やスラリー状にして塗布してもよい。また、湿式で電極材層を形成する場合、電極材は、N-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチレントリアミン、N,N-ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いて、ペースト状やスラリー状にして塗布してもよい。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどの多糖類を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。電極材層の形成方法としては、例えば、静電スクリーンなどを用いたスクリーンコーティング、アプリケータロールなどのローラコーティング、ドクターブレイド方式、スピンコーティング、バーコータなどが挙げられ、これらのいずれかを用いて任意の厚さ・形状とすることができる。
本開示の蓄電デバイスは、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、正極と負極との間に介在するイオン伝導媒体と、を備えている。蓄電デバイスは、特に限定されないが、例えば、リチウムを電荷のキャリアとするものとしてもよく、リチウムイオン電池や、リチウム二次電池、リチウムイオンキャパシタとしてもよい。蓄電デバイスの一例について、以下に説明する。
次に、蓄電デバイスの製造方法について説明する。この製造方法は、上述した電極の製造方法で製造した正極と、負極活物質を有する負極と、の間にイオン伝導媒体を介在させて蓄電デバイスを作製する蓄電デバイス作製工程を含む。この工程では、例えば、正極と負極との間にセパレータを介在させ、セパレータにイオン伝導媒体を含浸させてもよい。負極や、イオン伝導媒体、セパレータとしては、上述した蓄電デバイスで例示したものを用いることができる。
正極活物質粒子として、Li1.14(Ni0.335Co0.335Mn0.33)O2粒子(戸田マテリアル(株)製、NCM-01ST-5P。以降、NCM粒子とも称する。)を準備した。なお、このNCM粒子0.5gを静電スクリーンを用いてアルミ集電箔上に塗布し、それをホットロールプレスを用いて成膜しようとしたが、全く集電箔上に付着せず、膜にはならなかった。
[実験例1]
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、テトラエチレンペンタミン(東京化成工業製、T0098。以降、テトラエチレンペンタミンをTEPAとも称する。)を5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、TEPA付着粒子を得た。TEPA付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、酸化グラフェン(アライアンスバイオシステムズ製、HCGO-W-175。以降、酸化グラフェンをGOとも称する。)を1質量%含む水分散液を25g(5質量%相当)加え、1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例1とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、TEPAを5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、TEPA付着粒子を得た。TEPA付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を12.4g(2.5質量%相当)加え、1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例2とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、分枝状ポリエチレンイミン(重量平均分子量Mw800,ALDRICH製408719-100ML, 以降ポリエチレンイミンをPEIとも称する。) を5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、PEI付着粒子を得た。PEI付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を12.4g(2.5質量%相当)加え、1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粉末を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粉末を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例3とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、エチレンジアミン(東京化成工業製、E0077。以降、エチレンジアミンをEDAとも称する。)を5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、EDA付着粒子を得た。EDA付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、酸化グラフェン(アライアンスバイオシステムズ製、HCGO-W-175。以降、酸化グラフェンをGOとも称する。)を1質量%含む水分散液を12.5g(2.6質量%相当)加え、1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例4とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、ジエチレントリアミン(東京化成工業製、D0493。以降、ジエチレントリアミンをDETAとも称する。)を5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、DETA付着粒子を得た。DETA付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を12.5g(2.6質量%相当)加え1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例5とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、テトラエチレンペンタミン(東京化成工業製、T0098。以降、テトラエチレンペンタミンをTEPAとも称する。)を5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、TEPA付着粒子を得た。TEPA付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を25g(5質量%相当)加え1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例6とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、TEPAを5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、TEPA付着粒子を得た。TEPA付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を12.5g(2.6質量%相当)加え1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例7とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、TEPAを5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、TEPA付着粒子を得た。TEPA付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を25g(5質量%相当)加え1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の大気中で3時間熱処理し、実験例8とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、TEPAを5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、TEPA付着粒子を得た。TEPA付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を12.5g(2.6質量%相当)加え1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の大気中で3時間熱処理し、実験例9とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、ペンタエチレンヘキサミン(富士フイルム和光純薬製、164-12022。以降、ペンタエチレンヘキサミンをPEHAとも称する。)を5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、PEHA付着粒子を得た。PEHA付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を25g(5質量%相当)加え1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例10とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、PEHAを5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、PEHA付着粒子を得た。PEHA付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を12.5g(2.6質量%相当)加え1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例11とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、分枝状ポリエチレンイミン(重量平均分子量Mw800)を5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、PEI付着粒子を得た。PEI付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を25g(5質量%相当)加え、1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例12とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、分枝状ポリエチレンイミン(重量平均分子量Mw800)を5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、PEI付着粒子を得た。PEI付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を12.5g(2.6質量%相当)加え1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例13とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、分枝状ポリエチレンイミン(重量平均分子量Mw800)を5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、PEI付着粒子を得た。PEI付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を5g(1質量%相当)加え1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例14とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、分枝状ポリエチレンイミン(重量平均分子量Mw1800、和光純薬工業製、167-17811。)を5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、PEI付着粒子を得た。PEI付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を25g(5質量%相当)加え1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例15とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、直鎖状ポリエチレンイミン(重量平均分子量Mw2500、Polysciences製、24313-2。)を5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、PEI付着粒子を得た。PEI付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を12.5g(2.6質量%相当)加え1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例16とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、ポリアリルアミン(重量平均分子量Mw1600、ニットーボーメディカル製、PAA-01。以降、ポリアリルアミンをPAAとも称する。)を5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、PAA付着粒子を得た。PAA付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を25g(5質量%相当)加え1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例17とした。
NCM粒子4.5gを蒸留水20mLに分散させ、ポリアリルアミン(重量平均分子量Mw1600)を5質量%含む水溶液を5g加えて1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、PAA付着粒子を得た。PAA付着粒子を蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を12.5g(2.6質量%相当)加え1時間撹拌した。その後、吸引ろ過を行い、残った粒子を80℃で一昼夜乾燥させた。得られた複合粒子を250℃の窒素気流下で3時間熱処理し、実験例18とした。
複合粒子ではなくNCM粒子そのものを、実験例19とした。
実験例20では、カチオン性有機物を用いず、湿式でNCM粒子とGOとを混合して、GO2.5質量%の複合粒子を得た。具体的には、NCM粒子4.87gを蒸留水20mLに分散させ、1質量%GO水分散液を12.5g(2.5質量%相当)加え1時間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ、80℃の乾燥機で一昼夜粒子を乾燥させ、得られた複合粒子を実験例20とした。
実験例21では、カチオン性有機物を用いず、乾式でNCM粒子とGOとを混合して、GO2.5質量%の複合粒子を得た。具体的には、NCM粒子4.87gとGO粒子0.125g(2.5質量%相当)を乾式(フードプロセッサ)で撹拌・複合化し、得られた複合粒子を実験例21とした。
実験例21の複合粒子を、250℃窒素気流下で3時間熱処理し、実験例22とした。
熱処理温度を250℃から350℃に変更した以外は実験例6と同様にして得られた複合粒子を実験例23とした。
熱処理温度を250℃から350℃に変更した以外は実験例7と同様にして得られた複合粒子を実験例24とした。
熱処理を行わなかった以外は実験例13と同様にして得られた複合粒子を実験例25とした。
熱処理温度を450℃に変更した以外は実験例13と同様にして得られた複合粒子を実験例26とした。
(1)実験例1~3
複合粒子0.50g(電極材)を静電スクリーンを用いて厚さ30μmのアルミ集電箔上に形成し、それをホットロールプレスを用いて成膜した。成膜条件は、プレス温210℃、プレス速度1m/min、線圧62.5kg/cmとした。その後、膜を円形の2cm2のパンチで打ち抜き、試料を作製した。実験例1~3では、いずれも成膜が可能であった。図3に、一例として、実験例2の成膜後の外観写真を示す。なお、図3では、中央付近に成膜されていないように見える部分があるが、これは撮影時のハレーションによるものであり、実際には、電極材を塗布した範囲全体に電極材が成膜されていた。
複合粒子0.49gとバインダーとしてのPVdF(アルケマ製HSV900。粒子径約200nm)0.01g(2質量%相当)と、を乾式(フードプロセッサ)で混合し、電極合材(電極材)を作製した。得られた電極合材を静電スクリーンを用いて厚さ30μmのアルミ集電箔上に塗布し、それをホットロールプレスを用いて成膜した。成膜条件は、プレス温210℃、プレス速度1m/min、線圧62.5kg/cmとした。その後、膜を円形の2cm2のパンチで打ち抜き、試料を作製した。実験例4~26では、いずれも成膜が可能であった。
走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、複合粒子や電極のSEM観察を行った。図4は実験例7の熱処理前後の複合粒子のSEM観察画像であり、図4Aは熱処理前の複合粒子、図4Bは熱処理後の複合粒子である。図5は実験例6の複合粒子のSEM観察画像であり、図6は実験例8の複合粒子のSEM観察画像であり、図7は実験例23の複合粒子のSEM観察画像である。また、図8は実験例25の複合粒子のSEM観察画像であり、図9は実験例13の複合粒子のSEM観察画像であり、図10は実験例26の複合粒子のSEM観察画像である。また、図11は実験例13の成膜後の試料に含まれる複合粒子(試料の一部を箔からかき取った粒子)のSEM観察画像である。なお、カチオン性有機物の種類が違っても、SEM観察画像に大きな違いは見られなかった。
導電性の評価は、以下のように行った。上述した試料(アルミ集電箔を含む)を、それよりも直径の大きな測定電極で厚さ方向に挟み、テスターを用いて電気抵抗Rを測定した。また、アルミ集電箔も含む試料の厚さLをマイクロメーターで測定した。試料の面積Aは2cm2とした。そして、R=ρ×L/Aの式から抵抗率ρを求め、さらに導電率1/ρを求めた。
表1に複合粒子の合成方法をまとめ、表2に試料の作製方法及び導電性の評価結果をまとめた。
Claims (15)
- マイナスに帯電する活物質粒子の表面にカチオン性有機物とアニオン性導電材とを含む複合体が形成された複合粒子、を備え、
導電率が0.40mS/cm以上であり、
前記複合粒子は、前記活物質粒子と前記カチオン性有機物と前記アニオン性導電材との合計のうち、前記カチオン性有機物の割合が2質量%以上5質量%以下、前記アニオン性導電材の割合が2質量%以上であり、
前記カチオン性有機物以外に結着材を含まない、
電極。 - 前記導電率が0.60mS/cm以上である、
請求項1に記載の電極。 - 前記活物質粒子と、前記カチオン性有機物と、少なくとも前記アニオン性導電材を含む導電材成分と、の合計のうち、10質量%以下の範囲で前記導電材成分を含む、請求項1又は2に記載の電極。
- 前記複合粒子では、
前記アニオン性導電材が、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基のうちの1以上を有する、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンブラック、グラファイトのうちの1以上であるか、
前記カチオン性有機物が、窒素原子を含むか、
前記活物質粒子が、リチウム複合酸化物であるか、
のうちの1以上を満たす、
請求項1~3のいずれか1項に記載の電極。 - 前記複合粒子は、前記複合体の膜状物が前記活物質粒子の表面に付着したものである、
請求項1~4のいずれか1項に記載の電極。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の電極である正極と、
負極活物質を有する負極と、
前記正極と前記負極との間に介在するイオン伝導媒体と、
を備えた、
蓄電デバイス。 - マイナスに帯電する活物質粒子の表面にカチオン性有機物とアニオン性導電材とを含む複合体が付着した複合体付着粒子が200℃以上かつ前記複合体が凝集する凝集温度未満の温度で熱処理された複合粒子を含む電極材を用いて電極を作製する電極作製工程、
を含み、
前記電極作製工程では、前記活物質粒子と前記カチオン性有機物と前記アニオン性導電材との合計のうち、前記カチオン性有機物の割合が2質量%以上5質量%以下、前記アニオン性導電材の割合が2質量%以上である前記複合粒子を含み、前記カチオン性有機物以外に結着材を含まない、前記電極材を用いる、
電極の製造方法。 - 前記電極作製工程では、乾式で前記電極を作製する、
請求項7に記載の電極の製造方法。 - 請求項7又は8に記載の電極の製造方法であって、
前記電極作製工程の前に、
前記活物質粒子の表面に前記カチオン性有機物を接触させてカチオン性有機物付着粒子を作製する、カチオン性有機物付着工程と、
前記カチオン性有機物付着粒子に前記アニオン性導電材を接触させて、前記複合体付着粒子を作製する、複合体付着工程と、
前記複合体付着粒子を200℃以上かつ前記凝集温度未満の温度で熱処理して前記複合粒子を作製する、熱処理工程と、
を含み、
前記カチオン性有機物付着工程では、前記活物質粒子と前記カチオン性有機物とを分散媒及び/又は溶媒を用いて混合して前記複合体付着粒子を作製し、蒸発及び/又は昇華によって前記分散媒及び/又は溶媒を除去する、
電極の製造方法。 - 電機電極作製工程では、前記活物質粒子と、前記カチオン性有機物と、少なくとも前記アニオン性導電材を含む導電材成分と、の合計のうち、10質量%以下の範囲で前記導電材成分を含む前記電極材を用いる、
請求項7~9のいずれか1項に記載の電極の製造方法。 - 前記電極作製工程では、前記電極材を用いて電極材層を形成し、該電極材層を100℃以上かつ前記凝集温度未満の温度で加熱する、
請求項7~10のいずれか1項に記載の電極の製造方法。 - 前記電極作製工程では、前記電極材層を100℃以上250℃以下の温度で加熱する、
請求項11に記載の電極の製造方法。 - 前記電極作製工程では、前記電極材を用いて電極材層を形成し、該電極材層を圧縮する、
請求項7~12のいずれか1項に記載の電極の製造方法。 - 前記熱処理を200℃以上300℃以下の温度で行うか、
前記熱処理を還元雰囲気又は不活性雰囲気で行うか、
のうちの少なくとも一方を満たす、
請求項7~13のいずれか1項に記載の電極の製造方法。 - 請求項7~14のいずれか1項に記載の電極の製造方法で製造した正極と、負極活物質を有する負極と、の間にイオン伝導媒体を介在させて、蓄電デバイスを作製する、蓄電デバイス作製工程、
を含む、蓄電デバイスの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019223183A JP7176504B2 (ja) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | 電極、電極の製造方法、蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019223183A JP7176504B2 (ja) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | 電極、電極の製造方法、蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021093292A JP2021093292A (ja) | 2021-06-17 |
JP7176504B2 true JP7176504B2 (ja) | 2022-11-22 |
Family
ID=76312676
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019223183A Active JP7176504B2 (ja) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | 電極、電極の製造方法、蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7176504B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4163346A1 (en) | 2020-06-05 | 2023-04-12 | Dexerials Corporation | Method for producing assembly, assembly, and electroconductive-particle-containing hot melt adhesive sheet |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013211260A (ja) | 2012-03-02 | 2013-10-10 | Hitachi Maxell Ltd | 非水二次電池用正極材料、非水二次電池用正極および非水二次電池 |
WO2015178241A1 (ja) | 2014-05-20 | 2015-11-26 | 日本ゼオン株式会社 | 電気化学素子電極用複合粒子および電気化学素子電極用複合粒子の製造方法 |
JP2016189325A (ja) | 2015-03-27 | 2016-11-04 | 三洋化成工業株式会社 | リチウムイオン電池用電極、リチウムイオン電池及びリチウムイオン電池用電極の製造方法 |
WO2016181952A1 (ja) | 2015-05-14 | 2016-11-17 | 積水化学工業株式会社 | 炭素質材料、炭素質材料-活物質複合体、リチウムイオン二次電池用電極材及びリチウムイオン二次電池 |
JP2017063013A (ja) | 2015-06-18 | 2017-03-30 | 帝人株式会社 | 非水電解質二次電池用電極合剤層、非水電解質二次電池用電極及び非水電解質二次電池 |
JP2017142997A (ja) | 2016-02-10 | 2017-08-17 | 戸田工業株式会社 | ニッケル酸リチウム−炭素複合体正極活物質粒子粉末及びその製造方法、並びに非水電解質二次電池 |
WO2018123778A1 (ja) | 2016-12-27 | 2018-07-05 | 東レ株式会社 | 電極材料の製造方法、電極材料および二次電池用電極 |
-
2019
- 2019-12-10 JP JP2019223183A patent/JP7176504B2/ja active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013211260A (ja) | 2012-03-02 | 2013-10-10 | Hitachi Maxell Ltd | 非水二次電池用正極材料、非水二次電池用正極および非水二次電池 |
WO2015178241A1 (ja) | 2014-05-20 | 2015-11-26 | 日本ゼオン株式会社 | 電気化学素子電極用複合粒子および電気化学素子電極用複合粒子の製造方法 |
JP2016189325A (ja) | 2015-03-27 | 2016-11-04 | 三洋化成工業株式会社 | リチウムイオン電池用電極、リチウムイオン電池及びリチウムイオン電池用電極の製造方法 |
WO2016181952A1 (ja) | 2015-05-14 | 2016-11-17 | 積水化学工業株式会社 | 炭素質材料、炭素質材料-活物質複合体、リチウムイオン二次電池用電極材及びリチウムイオン二次電池 |
JP2017063013A (ja) | 2015-06-18 | 2017-03-30 | 帝人株式会社 | 非水電解質二次電池用電極合剤層、非水電解質二次電池用電極及び非水電解質二次電池 |
JP2017142997A (ja) | 2016-02-10 | 2017-08-17 | 戸田工業株式会社 | ニッケル酸リチウム−炭素複合体正極活物質粒子粉末及びその製造方法、並びに非水電解質二次電池 |
WO2018123778A1 (ja) | 2016-12-27 | 2018-07-05 | 東レ株式会社 | 電極材料の製造方法、電極材料および二次電池用電極 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021093292A (ja) | 2021-06-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2007095494A (ja) | 電極材料およびそれを備えたリチウム二次電池 | |
JP2014120459A (ja) | リチウムイオン二次電池用の負極活物質層、リチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池用の負極合剤、及びリチウムイオン二次電池用負極活物質層の製造方法 | |
WO2010143641A1 (ja) | 電極合剤、電極合剤ペースト、電極および非水電解質二次電池 | |
JP5673648B2 (ja) | 二次電池用正極とその製造方法及び非水系二次電池 | |
JP6394253B2 (ja) | 非水系二次電池用電極、その製造方法及び非水系二次電池 | |
JP2003012311A (ja) | 高分子被覆炭素材料の製造方法、負極材料およびリチウムイオン二次電池 | |
JP2016219410A (ja) | 二次電池用負極活物質、二次電池用負極活物質の製造方法、リチウムイオン二次電池用負極、及びリチウムイオン二次電池 | |
JP2020155223A (ja) | リチウムイオン二次電池用正極材料、リチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池用正極の製造方法、及びリチウムイオン二次電池の製造方法 | |
JP2013211260A (ja) | 非水二次電池用正極材料、非水二次電池用正極および非水二次電池 | |
JP7345125B2 (ja) | 非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法 | |
JP2016219408A (ja) | 二次電池用負極活物質、二次電池用負極活物質の製造方法、リチウムイオン二次電池用負極、及びリチウムイオン二次電池 | |
JP6264157B2 (ja) | 非水系二次電池用電極及び非水系二次電池 | |
CN110495026A (zh) | 负极材料和非水电解质二次电池 | |
JP6120087B2 (ja) | 集電体本体への保護層形成方法、リチウムイオン二次電池用集電体、リチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池 | |
CN113692661A (zh) | 锂二次电池电极用粘合剂、包含其的锂二次电池用正极和锂二次电池 | |
JP6384596B2 (ja) | リチウムイオン電池用アノード材料 | |
JP7176504B2 (ja) | 電極、電極の製造方法、蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法 | |
JP6011232B2 (ja) | 二次電池用正極及び非水系二次電池 | |
JP4678457B2 (ja) | リチウム二次電池正極活物質用リチウム遷移金属複合酸化物およびそれを用いたリチウム二次電池 | |
CN110945692B (zh) | 非水系二次电池用电极活性物质及其制造方法 | |
JP2021057301A (ja) | 複合粒子及びその製造方法 | |
JP2010049874A (ja) | 電池用組成物 | |
JP2010049872A (ja) | 電池用組成物 | |
JP6468025B2 (ja) | 非水系リチウム二次電池 | |
JP6197725B2 (ja) | 二次電池用スラリー組成物の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210527 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220310 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220329 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220519 |
|
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: 20221011 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221024 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7176504 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |