JPWO2017188043A1

JPWO2017188043A1 - リチウムイオン二次電池用電極の製造方法

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Publication number: JPWO2017188043A1
Application number: JP2018514507A
Authority: JP
Inventors: 扶志香大垣; 将人倉津; 歩 ▲高▼岡
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2017-04-17
Publication date: 2018-12-13
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Abstract

容量維持率の低下が抑制され、優れたサイクル安定性を有するリチウムイオン二次電池用電極の製造方法を提供する。
本発明は、正極活物質を含む正極および負極活物質を含む負極の製造方法であって、正極および負極を製造するための電極用スラリーの製造工程を含み、電極用スラリーの製造工程は、少なくとも、正極活物質または負極活物質と、導電助剤と、非水溶媒とを混合する第一工程Ｓ１と、第一工程Ｓ１で得られたスラリーを希釈または濃縮して混練することで、電極用スラリーを製造する第二工程Ｓ２とを有し、第一工程Ｓ１では、得られるスラリーの水分含有量が１０００ｐｐｍ以下、粘度が５００ｃＰ以上８０００ｃＰ以下の条件となるように混合し、第二工程Ｓ２では、得られる電極用スラリーの水分含有量が、第一工程Ｓ１を終えた後のスラリーの水分含有量に維持されるように混練する。

Description

リチウムイオン二次電池用電極の製造方法に関する。

リチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池においては、長期間の繰り返し充放電に耐えうる電池性能が求められている。そのような電池性能を確保する試みの一つとして、電極の製造方法に関する検討が行われている。

例えば特許文献１には、水分量が規定された材料を用いて正極スラリーを調整し、それを正極材料とする正極の製造方法が記載され、このような技術により、電池容量維持率の低下が抑制されるとしている。

特開２０１４−１９２１３６号公報

しかしながら、特許文献１の技術のように水分量を規定していても、正極スラリーを製造する工程で活物質が化学的にダメージを受けるため、正極活物質の活性が低下し、それが電気容量維持率の低下に繋がるため、製造の工程に改善の余地があった。

本発明の目的は、容量維持率の低下が抑制され、優れたサイクル安定性を有するリチウムイオン二次電池用電極の製造方法を提供することにある。

本発明に係るリチウムイオン二次電池用電極の製造方法は、正極活物質を含む正極および負極活物質を含む負極の製造方法であって、正極および負極を製造するための電極用スラリーの製造工程を含み、電極用スラリーの製造工程は、正極活物質または負極活物質と、導電助剤と、非水溶媒とを混合する第一工程と、第一工程で得られたスラリーを希釈または濃縮して混練することで、電極用スラリーを製造する第二工程と、を有し、第一工程では、得られるスラリーの水分含有量が１０００ｐｐｍ以下、粘度が５００ｃＰ以上８０００ｃＰ以下の条件となるように混合し、第二工程では、得られる電極用スラリーの水分含有量が、第一工程を終えた後のスラリーの水分含有量に維持されるように混練する。これにより、電極用スラリー中の活物質の化学的なダメージが低減され、結果的には、良好な電池特性が得られることを見出した。

本発明に係るリチウムイオン二次電池用電極の製造方法によると、優れたサイクル安定性を有するリチウムイオン二次電池が得られる。

リチウムイオン二次電池の断面図である。電極用スラリーの製造工程を示すフローチャートである。

本発明に係るリチウムイオン二次電池について、理解の容易のために一実施形態である図１を用いて説明する。

図１はリチウムイオン二次電池の断面図である。リチウムイオン二次電池１０は、正極１と、負極２と、セパレータ３とからなる積層体５、非水電解液６、および端子７を封入体８に封入してなる。

＜電極＞
電極（正極１及び負極２）は、リチウムイオンの挿入及び脱離、すなわち電極反応をする機能を有し、当該電極反応により、リチウムイオン二次電池の充電及び放電が為される。

電極は、活物質を含む活物質層と、集電体とからなる。

正極１において、正極集電体２２の片面または両面に正極活物質層２３が形成され、負極２において、負極集電体３２の片面または両面に負極活物質層３３が形成される。

なお、電極は集電体の片面に正極活物質層２３、他方に負極活物質層３３が形成された形態、すなわち双極型（バイポーラ）であってもよい。

活物質は、電極反応に寄与する物質である。

正極１に含まれる正極活物質としては、リチウムマンガン酸化物（例えばＬｉＭｎＯ_２）、リチウムニッケル酸化物（例えばＬｉＮｉＯ_２）、リチウムコバルト酸化物（例えばＬｉＣｏＯ_２）、リチウムニッケルコバルト酸化物（例えばＬｉＮｉ_１−ｙＣｏ_ｙＯ_２）、リチウムニッケルマンガン酸化物（例えばＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_{１−ｙ−ｚ}Ｏ_２）、スピネル型リチウムマンガン酸化物（例えばＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、またはオリビン構造を有するリチウムリン酸化物（例えばＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＦｅ_１−ｙＭｎ_ｙＰＯ_４またはＬｉＣｏＰＯ_４など）などのリチウム複合酸化物であれば好適に用いられ、リチウムニッケル酸化物、リチウムニッケルマンガン酸化物またはスピネル型リチウムマンガン酸化物がより好ましく、リチウムニッケルマンガン酸化物がさらに好ましい。これらの正極活物質は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

負極２に含まれる負極活物質としては、標準電位が正極活物質より低いものであれば特に限定されず、カーボンもしくはハードカーボン等の炭素材料、スズ（Ｓｎ）等の金属もしくはそれら金属に酸化ケイ素（ＳｉＯ）を含むもの、または五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、チタン酸化合物、チタン酸リチウムもしくは二酸化チタン等の金属酸化物が好適に用いられ、チタン酸化合物、二酸化チタンまたはチタン酸リチウムがより好ましく、二酸化チタンまたはチタン酸リチウムがさらに好ましい。これらの負極活物質は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

チタン酸化合物としては、Ｈ_２Ｔｉ_３Ｏ_７，Ｈ_２Ｔｉ_４Ｏ_９，Ｈ_２Ｔｉ_５Ｏ_１１，又はＨ_２Ｔｉ_６Ｏ_１３，Ｈ_２Ｔｉ_１２Ｏ_２５であることが好ましく、Ｈ_２Ｔｉ_１２Ｏ_２５であることがより好ましい。

二酸化チタンとしては、アナターゼ型、ブロンズ型（ＴｉＯ_２（Ｂ））であることが好ましく、リチウムの挿入・脱離が効率よく進むことから、ブロンズ型であることがより好ましい。また、アナターゼ型とブロンズ型の混合物を用いても良い。

チタン酸リチウムとしては、スピネル構造、ラムズデライト型であることが好ましく、分子式としてＬｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２で表されるものが好ましい。スピネル構造の場合、リチウムイオンの挿入・脱離の反応における活物質の膨張収縮が小さい。

特に好ましくは、チタン化合物をＬｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２とすることであり、より安全性、安定性に優れた負極を備えることが可能となるため、安全性、安定性に優れたリチウムイオン二次電池を得ることができる。

活物質の嵩密度は、０．２ｇ／ｃｍ^３以上２．２ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましく、０．２ｇ／ｃｍ^３以上２．０ｇ／ｃｍ^３以下であることがより好ましい。

集電体２２，３２は、活物質層２３，３３から集電をする部材である。

集電体２２，３２は、導電性材料であれば好適に用いられる。導電性材料としてはアルミニウムまたはその合金が好ましく、正極反応雰囲気下で安定であることから、ＪＩＳ規格１０３０、１０５０、１０８５、１Ｎ９０、または１Ｎ９９等に代表される高純度アルミニウムであることがより好ましい。

集電体２２，３２の厚みは、特に限定されないが、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。

電極は、さらに導電助剤を含んでいてもよい。導電助剤とは、電極の導電性を補助する目的で、正極活物質および負極活物質に含まれる、導電性または半導電性の物質である。

導電助剤としては、金属材料または炭素材料であれば好適に用いられる。

金属材料としては、銅またはニッケルなどが挙げられる。

炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、またはアセチレンブラック、ケッチェンブラック、もしくはファーネスブラックなどのカーボンブラックなどが挙げられる。

これら導電助剤は１種類を用いてもよいし、２種類以上を用いてもよい。

導電助剤の量は、正極活物質または負極活物質１００重量部に対して、好ましくは１重量部以上３０重量部以下、より好ましくは２重量部以上１５重量部以下である。導電助剤の量がこのような範囲であれば、電極の導電性がより良好となる。

電極は、さらにバインダーを含んでいてもよい。バインダーとは、活物質層２３，３３と、集電体２２，３２との結着性を高める材料である。

バインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン−ブタジエンゴム、ポリイミド、およびそれらの誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも１種であれば好適に用いられる。

バインダーの量は、正極活物質または負極活物質１００重量部に対して、好ましくは１重量部以上３０重量部以下、より好ましくは２重量部以上１５重量部以下である。これらの範囲であれば、活物質層と集電体との結着性が十分に得られる。

＜電極の作製方法＞
電極の作製方法としては、電極用スラリーを作製し、その後、電極用スラリーを集電体上に担持し、そして非水溶媒を除去して、活物質層を集電体上に形成する方法が好適に用いられる。

電極用スラリーの材料は、少なくとも活物質および非水溶媒を含み、好ましくはバインダー、導電助剤、分散剤、または増粘剤などをさらに含む。

分散剤は、スラリー中において活物質などの材料を分散させる働きをもつ。

非水溶媒としては、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、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、またはテトラヒドロフランが好適に用いられる。

電極用スラリーを集電体に担持させる方法は、ドクターブレード、ダイコータもしくはコンマコーターによりスラリーを塗布する方法、スプレーにより集電体にスラリーを付着させる方法、またはスラリーに集電体を含浸させる方法であれば好適に用いられる。作製方法の容易さの観点から、スラリーを塗布する方法が好ましい。

集電体に担持した電極用スラリーから非水溶媒を除去する方法としては、作業が容易である観点から、オーブンまたは真空オーブンを用いる乾燥が好ましい。

溶媒を除去する雰囲気としては、空気、不活性ガス、または減圧状態であれば好適である。また、溶媒を除去する雰囲気としては、真空状態などが挙げられる。

溶媒を除去する温度は、溶媒が除去される限りにおいては特に限定されない。溶媒除去に要する時間が短縮される点から、温度の下限は室温以上が好ましく、６０℃以上がより好ましく、８０℃以上がさらに好ましい。また温度の上限は、３００℃以下が好ましく、２５０℃以下がより好ましく、２３０℃以下がさらに好ましい。

＜電極用スラリーの製造方法＞
図２は、電極用スラリーの製造工程を示すフローチャートである。電極用スラリーは、図２に示すように、正極活物質または負極活物質と、導電助剤と、非水溶媒と、バインダーとを混合する第一工程Ｓ１と、第一工程Ｓ１で得られたスラリーを希釈または濃縮して混練することで、電極用スラリーを製造する第二工程Ｓ２と、を有する方法により製造することができる。

第一工程Ｓ１および第二工程Ｓ２において、電極用スラリー材料を混合して混練する際には、自転公転ミキサー、ボールミル、プラネタリーミキサー、ジェットミル、又は薄膜旋回型ミキサーが好適に用いられる。

第一工程Ｓ１におけるスラリーの粘度は、５００ｃＰ以上８０００ｃＰ以下であり、活物質の分散性が良好である点から、５００ｃＰ以上５０００ｃＰ以下が好ましく、加工性がより良好である点から、６００ｃＰ以上４０００ｃＰ以下がより好ましく、１０００ｃＰ以上４０００ｃＰ以下が更に好ましい。

スラリーの粘度が５００ｃＰ以上であれば、混合されるスラリーに加わるせん断力が強くなり、スラリーの材料が均一に混ざる効果が得られる。一方で８０００ｃＰ以下であれば、スラリーに加わるせん断力による導電パスの切断が抑制されるため、結果として電極における電流密度の分布が均一化されガス発生が起きにくくなり、さらにサイクル安定性も良好となる。

スラリーが常に上記の粘度で混合されることにより、活物質への化学的なダメージが抑制されるため、電池が優れた性能を有することになると考えられる。

第一工程Ｓ１における、スラリーの水分含有量は、１０００ｐｐｍ以下であり、５００ｐｐｍ以下が好ましく、３５０ｐｐｍ以下がより好ましい。

スラリーが常に上記の水分含有量で混合されることにより、活物質への化学的なダメージが抑制されるため、電池が優れた性能を有することになると考えられる。さらに、第一工程Ｓ１で上記の水分含有量および粘度の条件下で、活物質と導電助剤およびバインダーと非水溶媒を混合することで、各材料の分散性が向上し、均一なスラリーが得られると考えられる。

第二工程Ｓ２では、得られる電極用スラリーの水分含有量が、第一工程Ｓ１を終えた後のスラリーの水分含有量に維持されるように混練する。なお、「得られる電極用スラリーの水分含有量が、第一工程Ｓ１を終えた後のスラリーの水分含有量に維持される」とは、得られる電極用スラリーの水分含有量が、第一工程Ｓ１を終えた後のスラリーの水分含有量の±５％の範囲にあることを言う。

この第二工程Ｓ２では、第一工程Ｓ１で得られた分散性の高いスラリーを、水分含有量を維持しながら混練することで、分散性がさらに増しスラリー中の活物質への化学的なダメージが抑制される。さらに、水分含有量を維持しながら混練するため、スラリーに好ましいせん断力がかかり、バインダーの結着力が増し、集電体との密着性が向上し、結果的に電極の抵抗値が下がり、優れた電池性能を与え得る電極が得られる。

第二工程Ｓ２でのスラリーの希釈方法としては、スラリーに含まれるものと同じ非水溶媒を加えても良いし、それ以外の非水溶媒を用いて希釈しても良い。

第二工程Ｓ２でのスラリーの濃縮方法としては、加熱または減圧が好適に用いられる。

希釈または濃縮したスラリーの粘度は、電極を作製する場合の加工性が良い点から、６００ｃＰ以上４０００ｃＰ以下が好ましく、１０００ｃＰ以上４０００ｃＰ以下がより好ましい。

第一工程Ｓ１および第二工程Ｓ２における混練時間は、活物質が均一に分散する範囲内で適宜調整すれば良く、１時間以上５時間以下が好ましい。１時間以上であれば、スラリー中の各材料が十分に分散され、５時間以下であれば時間経過によるスラリーのゲル化および混合による活物質への化学的なダメージが抑えられる。特に、第二工程Ｓ２での混練時間は、上記の範囲とすることが好ましい。

第一工程Ｓ１および第二工程Ｓ２におけるスラリーの固形分濃度は、良好な電極形成が行われる点から、３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下とすることが好ましい。特に、第二工程Ｓ２で得られるスラリーの固形分濃度は、上記の範囲内とすることが好ましい。

第一工程Ｓ１および第二工程Ｓ２において、スラリーが減圧攪拌または加熱減圧攪拌されることが好ましく、実施の容易さと活物質への化学的なダメージが小さく好適である点から、減圧攪拌がより好ましい。

減圧攪拌の雰囲気は、少なくとも水分を蒸発させる雰囲気であれば好適に用いられ、絶対圧３１ｋＰａ以下がより好ましく、絶対圧２０ｋＰａ以下がさらに好ましい。

このように、第一工程Ｓ１および第二工程Ｓ２との２工程でスラリーの水分含有量と粘度を調整し、特に第二工程Ｓ２で好適な条件を維持しながら混練することで、各材料の分散均一性がより良好になり、活物質への化学的なダメージを少なくすることができる。また、スラリー中の導電助剤も均一に分散することから電極の抵抗値を下げることができる。さらに、上記の条件下で混練するため、スラリーに好ましいせん断力がかかり、バインダーの結着力が向上し、集電体との密着性が向上し、結果的に優れた電池性能を与え得る電極が得られると考えられる。一つの工程でスラリーの水分含有量と粘度とを調整する場合、特にスラリーの混練中に、周囲の環境、例えば温度や湿度が影響し、スラリーの状態が変化してしまう。また、溶媒にも水分が含まれているため、溶媒を添加する際には、スラリーの水分含有量が自然と増え、粘度も低くなる。これらのような点から、分散性や集電体への塗工性が低下し、結果的には電池特性に悪影響を及ぼしてしまうため、本発明のような２工程が重要となる。

ここで、電極用スラリー中の導電助剤の含有量は、上述したように、正極活物質または負極活物質１００重量部に対して、好ましくは１重量部以上３０重量部以下、より好ましくは２重量部以上１５重量部以下である。導電助剤の含有量が上記範囲であれば、電極用スラリー中の各材料の分散性が良好であり、電極の導電性がより良好となる。導電助剤の含有量が過小であると、電極の抵抗値が大きくなる傾向にある。導電助剤の含有量が過大であると、活物質の分散性が悪化し、また活物質の量が相対的に減少することから、電池容量が小さくなる傾向がある。

＜セパレータ＞
セパレータ３は、正極２と負極１との間に設置され、これらの間の電子やホールの伝導を阻止しつつ、これらの間のリチウムイオンの伝導を仲介する媒体としての機能を有し、少なくとも電子やホールの伝導性を有さないものである。

セパレータ３は、各種可塑剤、酸化防止剤、難燃剤が含まれてもよいし、金属酸化物等によって被覆されていてもよい。

セパレータ３の材料は、電気絶縁材料で形成されるものであり、電気絶縁性を有している。

セパレータ３の材料は、少なくとも比抵抗が１×１０^８Ω・ｃｍ以上の材料であれば好適である。

セパレータ３の材料は、例えば、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ＰＥＴ及びそれらを２種類以上複合したものからなる織布、不織布、微多孔膜などが挙げられる。

セパレータ３の材料は、実用性の観点から、セルロース不職布、ポリプロピレン、ポリエチレン及びＰＥＴからなる群から選ばれる１種以上であることが好ましく、ポリプロピレン、ポリエチレンおよびセルロース不職布であることがより好ましい。

＜積層体＞
積層体５は、複数の正極１、負極２およびセパレータ３を交互に積層または捲回してなる。

積層体５の積層／捲回数は、所望の電圧値および電池容量に応じて、適宜調整すればよい。

＜非水電解液＞
非水電解液６は、正極１と負極２との間のイオン伝達を媒介する機能を有し、非水電解液溶媒に溶質を溶解させた電解液、または非水溶媒に溶質を溶解させた電解液を高分子に含浸させたゲル電解質などを用いることができる。

溶質としては、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＢＯＢ（ＬｉｔｈｉｕｍＢｉｓ（Ｏｘａｌａｔｏ）Ｂｏｒａｔｅ）、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２などのリチウム塩が好ましく、ＬｉＰＦ_６がより好ましい。

非水電解液溶媒としては、非水溶媒であれば好適に用いられる。リチウム塩の溶解性が良好である点から、非プロトン性極性溶媒がより好ましい。

非プロトン性極性溶媒としては、環状非プロトン性極性溶媒または鎖状非プロトン性極性溶媒があり、それらの例としてカーボネート、エステル、エーテル、リン酸エステル、アミド、硫酸エステル、亜硫酸エステル、スルホン、スルホン酸エステル、またはニトリルなどが例示される。

環状非プロトン性極性溶媒としては、環状カーボネート、環状エステル、環状スルホンまたは環状エーテルなどが例示される。

環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、フルオロエチレンカーボネート、またはブチレンカーボネート等が挙げられる。

鎖状非プロトン性極性溶媒としては、鎖状カーボネート、鎖状カルボン酸エステル、または鎖状エーテルなどが例示される。

鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート、またはメチルプロピルカーボネート等が挙げられる。

非水電解液溶媒は、これら溶媒を２種類以上混合した溶媒を用いることが好ましく、リチウムイオンの伝導性が良好である点から、環状非プロトン性極性溶媒および鎖状非プロトン性極性溶媒の混合溶媒が特に好ましい。こうすることによって、溶質の溶解性を向上させることができる。また、リチウムイオンの伝導性を高めることができる。

混合溶媒における鎖状非プロトン性極性溶媒の割合は、粘度および溶解性のバランスが良好であることから５体積％〜９５体積％が好ましく、前記バランスが特に良好であることから１０体積％〜９０体積％より好ましく、２０体積％〜８０体積％がさらに好ましく、５０体積％〜８０体積％が最も好ましい。

また、混合溶媒に加え、アセトニトリルなどの一般的な非水溶媒を用いても良い。

また、本発明に係る非水電解液６には、難燃剤、安定化剤などの添加剤が微量含まれていてもよい。

非水電解液６の量は、電池容量１Ａｈあたり、０．１ｍＬ以上であれば好適に用いられる。この範囲であれば、電極反応に伴うリチウムイオンの伝導を十分に担保せしめることができ、所望の電池性能を発現させることができる。

＜端子＞
端子７は、リチウムイオン二次電池１０と外部機器とを電気的に繋ぐ部材である。

端子７は、正極形成部材１５および正極端子７１、または負極形成部材１６および負極端子７２を接続してなる。

端子７としては、導電体であれば好適に用いられ、性能とコストとのバランスが良好である点から、アルミニウムがより好ましい。

＜封入体＞
封入体８は、積層体５および非水電解液６を、リチウムイオン二次電池１０の外にある水分および空気から保護する機能を有する。

封入体８としては、金属箔にヒートシール用の熱可塑性樹脂層を設けた複合フィルム、蒸着やスパッタリングによって形成された金属層、または角形、楕円形、円筒形、コイン形、ボタン形もしくはシート形の金属缶が好適に用いられ、複合フィルムがより好ましい。

複合フィルムの金属箔としては、水分遮断性、重量およびコストのバランスが良好な点から、アルミ箔が好適に用いられ得る。

複合フィルムの熱可塑性樹脂層としては、ヒートシール温度範囲および非水電解液６の遮断性が良好である点から、ポリエチレンまたはポリプロピレンが好適に用いられる。

リチウムイオン二次電池１０において、端子７は少なくとも封入体８の外側まで延びた端子延在部９を有する。

以下、実施例により具体的に説明するが、これら実施例により限定されるものではない。

スラリーの粘度測定には、Ｅ型粘度計(ＴＶ−２２形粘度計コーンプレートタイプ：東機産業株式会社)を用いた。ローターの形状は３°×Ｒ２４、および回転数は６０ｒｐｍとし、１分間ローターを運転させたときの粘度を測定した。

スラリーの水分含有量は、カールフィッシャー水分計（ＭＣＫ−６１０：京都電子工業株式会社）を用いて測定した。

電極板の抵抗値は、ＨＩＯＫＩ製ＬＣＲメーター３５２２−５０を用いて４端子法にて測定した。この際、測定端子に、ワニ口クリップタイプを使用し、端子間距離は０．５ｃｍで固定した状態で測定した。

なお、略号の物質名は以下の通りである。
ＰＶｄＦ：ポリフッ化ビニリデン
ＮＭＰ：Ｎ−メチルピロリドン
ＥＣ：エチレンカーボネート
ＤＭＣ：ジメチルカーボネート

＜実施例１＞
（正極の作製）
・第一工程
まず、ＬｉＮｉ_１／２Ｍｎ_３／２Ｏ_４１００重量部に対して、アセチレンブラック７重量部、ＰＶｄＦ４．５重量部、およびＮＭＰ１０５重量部をプラネタリーミキサーに加えた。その後、これらの混合物を、プラネタリーミキサー内を絶対圧２０ｋＰａ以下まで減圧しながら常温で攪拌し、第一スラリーを得た。第一スラリーの水分含有量は３００ｐｐｍとし、粘度は４０００ｃＰとした。

・第二工程
第一スラリーをＮＭＰで希釈して、固形分濃度を４４％に調製したスラリーを、絶対圧２０ｋＰａ以下まで減圧しながらプラネタリーミキサーで攪拌し、第二スラリーを得た。第二スラリーは水分含有量３００ｐｐｍ、粘度２０００ｃＰとした。以上の工程を経て、正極スラリーを得た。

次に、正極スラリーを、コンマコーターを用いて厚さ１５μｍのアルミニウム箔上に塗工した。その後、１２０℃の加熱乾燥および１５０℃の真空乾燥によってスラリーのＮＭＰを除去し、正極を得た。

（負極の作製）
・第一工程
まず、チタン酸リチウム１００重量部に対して、アセチレンブラック４．４重量部、ＰＶｄＦ４．４重量部およびＮＭＰ５３．５重量部をプラネタリーミキサーに加えた。その後、これらの混合物を、プラネタリーミキサー内を絶対圧２０ｋＰａ以下まで減圧しながら常温で攪拌し、第一スラリーを得た。第一スラリーは水分含有量４００ｐｐｍとし、粘度３０００ｃＰとした。

・第二工程
第一スラリーをＮＭＰで希釈して、固形分濃度を４４％に調製したスラリーを、絶対圧２０ｋＰａ以下まで減圧しながらプラネタリーミキサーで攪拌し、第二スラリーを得た。第二スラリーは水分含有量３５０ｐｐｍとし、粘度１０００ｃＰとした。以上の工程を経て、負極スラリーを得た。

次に、負極スラリーを、コンマコーターを用いて厚さ１５μｍのアルミニウム箔上に塗工した。その後、１２０℃の加熱乾燥および１５０℃の真空乾燥によってスラリーのＮＭＰを除去し、負極を得た。

（電池の作製）
まず、面積２４ｃｍ^２に打ち抜かれた正極１３枚と、面積２７ｃｍ^２に打ち抜かれた負極１４枚とを、厚さ２５μｍ、面積３０ｃｍ^２のセルロース不織布のセパレータを介して交互に積層して、積層体を得た。

次に、それぞれの正極および負極にアルミニウム端子を取り付けた。その後、この端子を備える電極群を２枚のアルミラミネートシートで挟んだ。このとき、端子が部分的にアルミラミネートシートの外側に延在するようにした。

その後、アルミラミネート２枚同士を熱溶着して袋状に成形した。このとき、電極群を納める空間と、非水電解液注液用のスペースと、電池内で発生するガスを溜めるガスポケットとを作製した。

その後、ＥＣとＤＭＣとを容量比率３：７で混合した非水溶媒に、溶質としてＬｉＰＦ６を加えて濃度１ｍｏｌ／Ｌとした非水電解液を袋内に加えた。その後、袋内を減圧しながらスペースをして、電極群と非水電解液を密封した封入体を得た。

そして、封入体を１２時間養生して、リチウムイオン二次電池を得た。

＜実施例２＞
正極の作製において、第一スラリーは水分含有量２００ｐｐｍ、粘度５０００ｃＰとし、第二スラリーは固形分濃度を４４％に調製し、水分含有量２００ｐｐｍ、粘度２５００ｃＰとした。これら以外は実施例１と同じ工程を経てリチウムイオン二次電池を得た。

＜実施例３＞
正極材料として、ＬｉＮｉ_１／２Ｍｎ_３／２Ｏ_４の代わりにＬｉＮｉ_１／２Ｍｎ_1／２Ｏ_２を用いた。さらに正極作製において第一スラリーを水分含有量３００ｐｐｍかつ粘度４５００ｃＰとし、第二スラリーを固形分濃度４４％、水分含有量３００ｐｐｍかつ粘度１５００ｃＰとした。これら以外は実施例１と同じ工程を経てリチウムイオン二次電池を得た。

＜比較例１＞
正極作製において、第一スラリーは水分含有量３００ｐｐｍ、粘度１２０００ｃＰとし、第二スラリーは固形分濃度を４４％に調製し、水分含有量２５０ｐｐｍ、粘度３５００ｃＰとした。これら以外は実施例１と同じ工程を経てリチウムイオン二次電池を得た。

＜比較例２＞
正極作製においてプラネタリーミキサー内を減圧せずにスラリーを攪拌し、第一スラリーを水分含有量２０００ｐｐｍ、粘度４０００ｃＰとした。第二スラリーは水分含有量９００ｐｐｍ、粘度２０００ｃＰとした。これら以外は実施例１と同じ工程を経てリチウムイオン二次電池を得た。

＜比較例３＞
正極作製において第一スラリーを水分含有量９００ｐｐｍ、粘度８０００ｃＰとし、プラネタリーミキサー内を減圧せずにスラリーを攪拌して、第二スラリーを水分含有量１２００ｐｐｍ、粘度３０００ｃＰとした。これら以外は実施例１と同じ工程を経てリチウムイオン二次電池を得た。

＜比較例４＞
正極作製において、ＬｉＮｉ_１／２Ｍｎ_３／２Ｏ_４１００重量部に対して、アセチレンブラック０．５重量部、ＰＶｄＦ４．５重量部、およびＮＭＰ４５重量部をプラネタリーミキサーに加えた。その後、これらの混合物を、プラネタリーミキサー内を絶対圧２０ｋＰａ以下まで減圧しながら常温で攪拌し、第一スラリーを得た。第一スラリーの水分含有量は３００ｐｐｍとし、粘度を９０００ｃＰとした。

その後、第一スラリーをＮＭＰで希釈して、固形分濃度を４４％に調製したスラリーを、絶対圧２０ｋＰａ以下まで減圧しながらプラネタリーミキサーで攪拌し、第二のスラリーを得た。第二スラリーは水分含有量２０００ｐｐｍとし、粘度３００ｃＰとした。以上の工程を経て、正極スラリーを得た。これら以外は実施例１と同じ工程を経てリチウムイオン二次電池を得た。

＜比較例５＞
正極作製において、ＬｉＮｉ_１／２Ｍｎ_３／２Ｏ_４１００重量部に対して、アセチレンブラック３２重量部、ＰＶｄＦ１５重量部、およびＮＭＰ１６０重量部をプラネタリーミキサーに加えた。その後、これらの混合物を、プラネタリーミキサー内を絶対圧２０ｋＰａ以下まで減圧しながら常温で攪拌し、第一スラリーを得た。第一スラリーの水分含有量は８００ｐｐｍとし、粘度を１００００ｃＰとした。

その後、第一スラリーをＮＭＰで希釈して、固形分濃度を３８％に調製したスラリーを、絶対圧２０ｋＰａ以下まで減圧しながらプラネタリーミキサーで攪拌し、第二スラリーを得た。第二スラリーは水分含有量７０００ｐｐｍ、粘度６００ｃＰとした。以上の工程を経て、正極スラリーを得た。これら以外は実施例１と同じ工程を経てリチウムイオン二次電池を得た。

＜比較例６＞
正極作製において、まず、ＬｉＮｉ_１／２Ｍｎ_３／２Ｏ_４１００重量部に対して、アセチレンブラック９０重量部、ＰＶｄＦ６重量部、およびＮＭＰ４重量部をプラネタリーミキサーに加えた。その後、これらの混合物を、プラネタリーミキサー内を絶対圧２０ｋＰａ以下まで減圧しながら常温で攪拌し、固形分濃度を４４％に調製した。このときのスラリーを水分含有量４００ｐｐｍ、粘度２０００ｃＰとした。これら以外は実施例１と同じ工程を経てリチウムイオン二次電池を得た。

（性能評価）
実施例で作製したリチウムイオン二次電池に対し、エージング試験およびガス発生量測定、または充放電サイクル試験を行い、性能を評価した。

（エージング試験）
エージング試験は、２つの条件のうち、いずれか１つを用いて行った。
エージング条件１：
まず、０．２Ｃの定電流で３．４ＶかつＳＯＣ（充電状態）１００％まで二次電池を充電する。そして、６０℃のオーブン内にリチウムイオン二次電池を１週間保存する。
エージング条件２：
まず、０．２Ｃの定電流で３．０ＶかつＳＯＣ（充電状態）１００％まで二次電池を充電する。そして、６０℃のオーブン内にリチウムイオン二次電池を１週間保存する。

（ガス発生量測定）
エージング前後の電池の体積差をアルキメデス法で測定し、ガス発生量とした。

（充放電サイクル試験の方法）
充放電サイクル試験は、充電条件１および放電条件１、または充電条件２および放電条件２にて充放電サイクルを繰り返した。なお、以下に記載する電圧は、リチウム金属基準ではなく、リチウムイオン二次電池の電圧である。
サイクル条件
電池環境温度：４５℃
単位サイクル：充電１回及び放電１回を１サイクルとする。
サイクル数：４００サイクル
充放電条件１
充電条件１：電圧が３．４Ｖに達するまでは１．０Ｃの定電流で充電し、その後、３．４Ｖで充電を終了する。
放電条件１：電圧が２．５Ｖまで減少するまでは１．０Ｃの定電流で放電し、２．５Ｖとなった時点で放電を終了する。
充放電条件２
充電条件２：電圧が３．０Ｖに達するまでは０．５Ｃの定電流で充電し、その後、３．０Ｖを維持して定電圧で充電し、その後、電流が０．０２Ｃとなった時点で充電を終了する。
放電条件２：電圧が２．０Ｖまで減少するまでは１．０Ｃの定電流で放電し、２．５Ｖとなった時点で放電を終了する。

ここでいう「Ｃ」とは、リチウムイオン二次電池の全容量を１時間で充電、又は放電するために必要な電流値を１Ｃと定義したものである。例えば０．５Ｃは、リチウムイオン二次電池の全容量を２時間で充電、又は放電するために必要な電流値を表す。

そして、充放電サイクル試験における１サイクル後の放電容量を分母とし、４００サイクル後の放電容量を分子として算出した割合（パーセント値）を、容量維持率とした。

（電池の評価基準）
作製した電池の評価基準としては、充放電サイクル試験後の容量維持率が９０％以上であり、かつ、ガス発生量が２０ｃｃ以下である場合を合格とした。

［表１の総評］
実施例１〜３は、正極の抵抗値が１００Ω以下と低く、９０％以上と高い容量維持率、および２０ｃｃ以下と少ないガス発生量を示し、特に優れた電池性能を有することが明らかとなった。これに対し、比較例１〜６は評価基準を満足せず、サイクル安定性が十分とはいえず、ガスの発生量も多く、電池性能に優れているとはいえなかった。

１正極
２負極
３セパレータ
５積層体
６非水電解液
７端子
８封入体
９端子延在部
１０リチウムイオン二次電池
１５正極形成部材
１６負極形成部材
２２正極集電体
２３正極活物質層
３２負極集電体
３３負極活物質層
７１正極端子
７２負極端子

Claims

正極活物質を含む正極および負極活物質を含む負極の製造方法であって、
正極および負極を製造するための電極用スラリーの製造工程を含み、
前記電極用スラリーの製造工程は、
少なくとも、前記正極活物質または前記負極活物質と、導電助剤と、非水溶媒とを混合する第一工程と、
前記第一工程で得られたスラリーを希釈または濃縮して混練することで、電極用スラリーを製造する第二工程と、を有し、
前記第一工程では、得られるスラリーの水分含有量が１０００ｐｐｍ以下、粘度が５００ｃＰ以上８０００ｃＰ以下の条件となるように混合し、
前記第二工程では、得られる電極用スラリーの水分含有量が、前記第一工程を終えた後のスラリーの水分含有量に維持されるように混練する
ことを特徴とする、リチウムイオン二次電池用電極の製造方法。
前記電極用スラリーにおける前記導電助剤の含有量を、前記正極活物質または前記負極活物質１００重量部に対して、１重量部以上３０重量部以下とする
請求項１に記載のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法。
前記第一工程および第二工程では、前記電極用スラリーの粘度が６００ｃＰ以上４０００ｃＰ以下となるようにする
請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法。
前記第一工程および第二工程では、前記電極用スラリーの水分含有量が５００ｐｐｍ以下となるようにする
請求項１から３のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法。
前記電極用スラリーにおける固形分濃度を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下とする
請求項１から４のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法。
前記第一工程および前記第二工程では、前記スラリーを減圧攪拌する
請求項１から５のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法。
前記減圧攪拌の雰囲気を絶対圧３１ｋＰａ以下とする
請求項６に記載のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法。