JPH1055801A

JPH1055801A - 非水溶媒二次電池およびその負極合剤の製造方法および装置

Info

Publication number: JPH1055801A
Application number: JP8211175A
Authority: JP
Inventors: Masami Suzuki; 正美鈴木
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1996-08-09
Publication date: 1998-02-24
Anticipated expiration: 2016-08-09
Also published as: JP3253859B2

Abstract

(57)【要約】【課題】非水溶媒二次電池用負極合剤を製造する際の作
業性を向上させ、しかも充填密度の高い負極合剤を製造
すること。【解決手段】湿潤合剤の押出し造粒機が、投入ホッパー
１と、投入された湿潤合剤２を押出す押出し機構４と、
該押出し機構の前方に設置された細孔を有する半球面状
のスクリーン５とから構成され、この押出し造粒機は湿
潤合剤の水分含有量が少ない場合でも目づまりを起こし
たり発熱したりせず、作業性よく湿潤合剤を造粒でき
る。したがって、この押出し造粒機で造粒し、かつ、湿
潤合剤の水分含有量を低下させれば、充填密度の高い負
極合剤が得られ、非水溶媒二次電池の放電容量が従来よ
りも増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非水溶媒二次電池の
負極合剤を製造する方法および装置に関し、またその負
極合剤を用いた非水溶媒二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から電池用合剤の製造は、合剤の成
形や充填を行う前に、合剤粉末を造粒し、顆粒とするこ
とによって、成形時の合剤重量のばらつきの低減や充填
密度の向上を図る等の工夫が行われている。合剤を造粒
する方法には種々の方法があるが、最も簡便に造粒する
ことのできる方法の一つとして、押出し造粒方法を挙げ
ることができる。

【０００３】押出し造粒方法は、原材料粉末に、水やア
ルコール等を主体とする溶媒を加えて混練し、湿潤合剤
とした後、細孔の開いたスクリーンに湿潤合剤を押し付
け、スクリーン外部に押し出すことにより、円筒状の顆
粒とする方法である。得られた円筒状の顆粒を乾燥し、
破砕、分級等により整粒して、目的の粒度分布をもつ、
流れ性の優れた粉末状の電池用合剤を得ることができ
る。

【０００４】図４に従来から使用されている押出し造粒
機の例を示す。湿潤合剤２は合剤投入ホッパー１に投入
され、動力部３により回転させられる押出しスクリュー
４により前方に押出される。押出された湿潤合剤２は押
さえ板７に接し、行き場がなくなるため、外周方向に逃
げようとする。押出しスクリューの外周方向には細孔の
開いた円筒状スクリーン８が配置されており、湿潤合剤
２は円筒状スクリーン８から押出されて、円柱状顆粒合
剤６となる。この円柱状顆粒合剤６を採取し、乾燥後、
破砕、分級して、目的の合剤粉末を得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記押
出し造粒機を用いた場合、湿潤合剤２は押さえ板７に一
度当たり、応力の作用する方向を強制的に変えられて、
円筒状スクリーン８に加圧されるため、応力ロスが大き
く、潤滑性や柔軟性に優れた材料しか押し出すことがで
きないという問題があった。また、押さえ板７および円
筒状スクリーン８と湿潤合剤２との摩擦抵抗が大きいた
め、発熱が起こりやすく、さらには押さえ板７の周辺部
に湿潤合剤２が停滞しやすいため、発熱した熱がスクリ
ーン内部に蓄積されやすい。そのため、低沸点溶媒はも
ちろんのこと、水等の比較的高沸点の溶媒を潤滑剤に用
いた場合でも、湿潤合剤中の溶媒が揮発し、さらに流動
性が低下し、円筒状スクリーン８が目づまりを起こすと
いう欠点があった。

【０００６】また、成膜温度や架橋温度の低い有機物を
湿潤合剤中に含む場合にも成膜や架橋が起こり、目づま
りを起こすという欠点があった。特に担持体に炭素質材
料を用いた非水溶媒二次電池用負極合剤の場合には、炭
素質材料が一般に粒子表面の凹凸が激しく、比表面積も
大きい上、粒径が小さく、粉体間の摩擦抵抗が非常に大
きいため、これを湿潤合剤とした場合にも潤滑性が著し
く欠け、従来の押出し造粒機によって造粒することは非
常に困難で、作業性に劣るものであった。

【０００７】本発明は上記問題点に対処したもので、非
水溶媒二次電池用負極合剤の製造に当たって、その作業
性を向上させることを目的とし、さらに湿潤合剤の含有
水分量を減少させて充填密度の高い負極合剤を製造する
ことを目的とし、さらに、かかる充填密度の高い負極合
剤を用いて高容量の電池を得ることを目的とするもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、湿潤
合剤投入ホッパーと、投入された湿潤合剤を押出す押出
し機構と、該押出し機構の前方に設置された細孔を有す
る半球面状のスクリーンとから構成されることを特徴と
する湿潤合剤の押出し造粒機に関し、また、活物質を担
持することのできる担持体粉末を含有し、水分含有率が
２５％以下の湿潤合剤を、この押出し造粒機を使用して
造粒することを特徴とする非水溶媒二次電池用負極合剤
の製造方法に関する。またさらに、本発明はこのように
して製造された負極合剤を用いてなる非水溶媒二次電池
に関する。

【０００９】本発明の押出し造粒機は、押出し機構の前
方に、細孔を有する半球面状のスクリーンがあるので、
押出し機構によって前方に押出された湿潤合剤は、応力
の作用する方向をほとんど変えずにダイレクトに半球面
状のスクリーンから外部に押出される。その結果、比較
的湿潤性の低い湿潤合剤でも押し出すことが可能とな
り、造粒時の作業性が格段によくなる。さらに、半球面
状のスクリーンの周辺にデッドスペースができにくくな
り、湿潤合剤が停滞することがほとんどなく、熱が蓄積
しにくくなる。そのため、湿潤合剤の湿潤剤として水や
アルコール等の一般的な溶媒を用いることができ、特殊
な設備を必要とせずに安価に合剤を製造することができ
る。

【００１０】さらに、上記したように造粒時の作業性が
よくなるので、湿潤合剤に添加する湿潤剤の量を従来に
比べ低減することができ、その結果、得られる負極合剤
の充填密度を高めることができるので、従来に比べ高容
量の電池を得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施例を
説明する。（実施例１）まず、ノボラック樹脂を窒素雰囲気中で９
５０℃で焼成した後、さらに２０００℃で加熱すること
によりこれを炭素化し、それを平均粒径１０μｍとなる
よう粉砕し、活物質の担持体となる炭素質材料粉末を得
た。次に得られた炭素質材料粉末９５重量部に、負極バ
インダーとしてメタアクリル酸アルキルエステル−ブタ
ジエン共重合体ラテックスを固形分で５重量部となるよ
うに加え、さらに湿潤剤として水を合剤中の含有水分率
が１５％となるように加え、これらを混合して湿潤合剤
とした。

【００１２】次に、この湿潤合剤を押出し造粒機にかけ
て造粒した。この押出し造粒機を図１に示す断面図で説
明する。図１において、１は合剤投入ホッパー、２は湿
潤合剤、３は動力部、４は動力部３により回転される押
出しスクリューである。５は細孔を有する半球面状スク
リーン、６は押し出された円柱状顆粒合剤である。

【００１３】合剤投入ホッパー１に湿潤合剤２を投入す
ると、回転する押出しスクリュー４によって湿潤合剤２
は前方に押し出され、進行方向にある半球面状スクリー
ンに達する。そして湿潤合剤２はスクリーンの細孔から
押し出されて、円柱状の顆粒６になる。得られた円柱状
顆粒６を８０℃で１２時間乾燥し、その後粉砕、分級す
ることによって、目的の負極合剤を得る。

【００１４】本実施例では従来３５％程度であった含有
水分を１５％に減量したが、造粒の作業性は良好で、湿
潤合剤の発熱やスクリーンの目詰まりもなく、円滑に押
し出し造粒を行うことができた。

【００１５】続いて、得られた負極合剤粉末を直径約１
５ｍｍ、厚さ約０．９ｍｍとなるように所定量秤量し、
２ｔ／ｃｍ2 の加圧力で加圧成形することにより、負極
体を作製した。

【００１６】次に得られた負極体を用いて図２に示す電
池を作製した。図２中、９は厚さ０．２５ｍｍのステン
レス鋼からなる正極容器であり、この容器９の内面には
ステンレス製の正極集電体１０が内接されている。さら
に正極容器９内には、正極体１１が収納されている。こ
の正極体１１はＶ2 Ｏ5 粉末９０重量部と人造黒鉛１０
重量部を混合した後、ポリテトラフルオロエチレン５重
量部を混合し、厚さ約０．９ｍｍに加圧成形したもので
ある。

【００１７】また、正極体１１の上にはポリプロピレン
不織布からなるセパレータ１２が設置され、セパレータ
１２にはプロピレンカーボネイトに過塩素酸リチウムを
０．７モル／ｌの濃度で溶解した電解液が保持されてい
る。さらに、前記セパレータ１２の上面には、上記によ
り製造した負極体１６が配置されている。図中、１３は
厚さ０．２５ｍｍのステンレス鋼からなる負極容器であ
り、容器１３の内面には負極集電体１４が内接されてお
り、この集電体１４を含む負極容器１３の内面に金属リ
チウム１５が圧着されている。

【００１８】正極容器９の開口部には、絶縁ガスケット
１７を介して負極容器１３が嵌合されており、正極容器
９のかしめ加工により、正極容器９および負極容器１３
内に正極集電体１０、正極体１１、セパレータ１２、負
極体１６、金属リチウム１５および負極集電体１４が密
閉されている。

【００１９】上記の電池を組み立てた後、エージングに
より金属リチウム１５を負極体１６にドープせしめ、目
的の非水溶媒二次電池を製作した。本実施例により製作
した電池をＡとする。

【００２０】（実施例２）湿潤合剤中の含有水分率を２
０％とした以外は実施例１と同様にして電池を作製し、
この電池をＢとした。

【００２１】（実施例３）湿潤合剤中の含有水分率を２
５％とした以外は実施例１と同様にして電池を作製し、
この電池をＣとした。

【００２２】（比較例１）湿潤合剤中の含有水分率を３
０％とした以外は実施例１と同様にして電池を作製し、
この電池をＤとした。

【００２３】（比較例２）湿潤合剤中の含有水分率を３
０％とし、実施例１と同様に湿潤合剤を製造した後、図
４に示した従来の押し出し造粒機を用いて押し出し造粒
を行った。得られた円柱状顆粒合剤を乾燥後、破砕、分
級を行い、負極合剤粉末を得た。得られた負極合剤粉末
を用いて実施例１と同様に電池を作製し、この電池をＥ
とした。しかし、この比較例では、湿潤合剤を押し出し
造粒した際に、湿潤合剤の流動性が低下してスクリーン
の目詰まりを起こし、作業性が著しく悪化した。

【００２４】（比較例３）湿潤合剤中の含有水分率を３
５％とし、それ以外は比較例２と同様にして電池を作製
し、この電池をＦとした。

【００２５】（比較例４）湿潤合剤中の含有水分率を２
５％とした以外は比較例２と同様に従来の押し出し造粒
機を用いて押し出し造粒を試みた。しかしながら、スク
リーン周辺で摩擦熱による発熱が起こり、水分が蒸発す
ると共にバインダーが固化してしまい、円柱状顆粒合剤
を得ることができなかった。

【００２６】（放電試験）上記実施例および比較例の電
池を１５ｋΩの定抵抗で２．０Ｖまで連続放電を行い、
そのときの放電容量を測定した。結果を図３に示す。図
より明らかなように、実施例の電池Ａ，ＢおよびＣはい
ずれも、比較例の電池Ｄ，ＥおよびＦに比べ放電容量が
大きい。これは、実施例の電池は比較例の電池に比べ、
押出し造粒時の湿潤合剤の含有水分率が低いため、乾燥
後より緻密な合剤粉末が得られ、成形密度が向上し、同
一容器内により多くの負極合剤を保持することができる
からである。

【００２７】なお、本発明は負極に関するものであるか
ら、正極、電解液等、上記の実施例に限定されるもので
ないことは勿論である。一例を挙げれば、正極物質とし
て、ＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 、Ｌ
ｉＭｎＯ2 なども適用可能であり、電解液については、
ＥＣ、ＢＣ、ＤＥＣ、ＤＭＣ、ＥＭＣ、ＤＭＥ、γ−Ｂ
Ｌなどの溶媒に、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＣＦ3
ＳＯ3 などの電解質を溶解させたものでもよい。

【００２８】また、本実施例では、活物質担持体である
炭素質材にノボラック樹脂の焼成体を用いたが、特に限
定されることはなく、あらゆる炭素質材に対しても適用
可能である。また、負極バインダーについてもこの限り
でなく、スチレン−ブタジエン共重合体やエチレン−プ
ロピレン共重合体等の他のゴムや、ポリテトラフルオロ
エチレン、ポリエチレン等の樹脂、またはセルロース等
を用いてもよい。また、分散剤に関してもこの限りでな
く、エタノールやトルエンなどの有機溶媒でも適用可能
である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の押出し造
粒機を使用して負極合剤を製造すると、造粒の作業性が
向上し、またそのために湿潤合剤中の水分含有量を低下
させて、負極合剤を製造することができる。このように
して水分含有量を低下させた湿潤合剤から得られた負極
合剤は、充填密度が高いので、かかる負極合剤を用いて
作製した非水溶媒二次電池は、従来より高容量のものと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の湿潤合剤の押出し造粒機の一実施例を
示す断面図。

【図２】本発明の一実施例の非水溶媒二次電池の断面
図。

【図３】本発明の実施例の電池と比較例の電池の放電試
験の結果を示す図。

【図４】従来の湿潤合剤の押出し造粒機の断面図。

【符号の説明】

１…合剤投入ホッパー、２…湿潤合剤、３…動力部、４
…押出しスクリュー、５…半球面状スクリーン、６…円
柱状顆粒合剤、７…押さえ板、８…円筒状スクリーン、
９…正極容器、１０…正極集電体、１１…正極体、１２
…セパレータ、１３…負極容器、１４…負極集電体、１
５…金属リチウム、１６…負極体、１７…絶縁ガスケッ
ト。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】湿潤合剤投入ホッパーと、投入された湿
潤合剤を押出す押出し機構と、該押出し機構の前方に設
置された細孔を有する半球面状のスクリーンとから構成
されることを特徴とする湿潤合剤の押出し造粒機。
【請求項２】活物質を担持することのできる担持体粉
末を含有する湿潤合剤を、請求項１記載の押出し造粒機
によって造粒することを特徴とする非水溶媒二次電池用
負極合剤の製造方法、および、その製造方法により製造
された負極合剤を用いた非水溶媒二次電池。
【請求項３】活物質がリチウム、またはリチウムを主
体とするアルカリ金属であり、かつ湿潤合剤中の担持体
の一部、または、全部が炭素材である請求項２記載の非
水溶媒二次電池用負極合剤の製造方法、および、その製
造方法により製造された負極合剤を用いた非水溶媒二次
電池。
【請求項４】湿潤合剤の水分含有率が２５％以下であ
る請求項３記載の非水溶媒二次電池用負極合剤の製造方
法、および、その製造方法により製造された負極合剤を
用いた非水溶媒二次電池。