WO2021230360A1 - リチウムイオン電池 - Google Patents

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WO2021230360A1
WO2021230360A1 PCT/JP2021/018460 JP2021018460W WO2021230360A1 WO 2021230360 A1 WO2021230360 A1 WO 2021230360A1 JP 2021018460 W JP2021018460 W JP 2021018460W WO 2021230360 A1 WO2021230360 A1 WO 2021230360A1
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resin
negative electrode
positive electrode
active material
conductive
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French (fr)
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亮介 草野
英起 西村
萌 北場
智史 山下
靖泰 都藤
英明 堀江
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Apb株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F226/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • C08F226/06Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • C08F226/10N-Vinyl-pyrrolidone
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
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    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
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    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
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    • H01M4/66Selection of materials
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a lithium ion battery.
  • Lithium-ion (secondary) batteries have been widely used in various applications in recent years as high-capacity, compact and lightweight secondary batteries.
  • a lithium ion battery using a resin collector tends to have a higher electric resistance value than a lithium ion battery using a metal collector.
  • the electric resistance value tends to be high. So far, various studies have been made on the reduction of the electric resistance value in each of the components of the lithium ion battery. However, the reduction of the contact resistance value between each component of the lithium ion battery has not been sufficiently studied, and there is room for improvement.
  • an object of the present invention is to provide a lithium ion battery having improved electrical characteristics by reducing the contact resistance value between each component of the lithium ion battery.
  • the present inventors have determined that the contact resistance value generated between the conductive filler constituting the resin current collector and the coating active material particles is the electric resistance of the lithium ion battery. We found that it was one of the factors that increased the value. As a result of further diligent studies, the present inventors have found that the conductive filler for the negative electrode and the coated negative electrode active material particle coating layer contained in the first resin current collector layer in contact with the coated negative electrode active material particles of the negative electrode current collector. A specific combination of the polymer compound (A1) contained in the above and the polymer compound (A2) contained in the coating layer of the conductive filler for the positive electrode and the coated positive electrode active material particles contained in the resin current collector for the positive electrode. By doing so, it has been found that the contact resistance value generated between the conductive filler constituting the resin current collector and the coated active material particles can be reduced, and a lithium ion battery having improved electrical characteristics can be obtained. The invention has been reached.
  • the coated negative electrode active material particles in which at least a part of the surface of the negative electrode active material particles is coated with a coating layer containing a polymer compound, and the first resin current collector in contact with the coated negative electrode active material particles.
  • a lithium ion battery comprising a positive electrode, wherein the first resin current collector layer comprises a negative electrode conductive resin composition containing a negative electrode polyolefin resin and a negative electrode conductive filler.
  • the conductive filler for the negative electrode contained in the resin current collector layer of the above is composed of one or more metal elements selected from the group consisting of platinum, gold, silver, copper, nickel and titanium, and is composed of the coated negative electrode active material particles.
  • the polymer compound (A1) contained in the coating layer contains 90% by weight or more based on the total weight of the constituent monomers of the polymer compound (A1) with the monomer (a1) as the constituent monomer.
  • the monomer (a1) is at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methyl acrylate, methacrylic acid and methyl methacrylate, and the positive electrode resin current collector is a positive electrode polyolefin resin.
  • the positive electrode conductive resin composition containing a positive electrode conductive filler, and the positive electrode conductive filler is one or more selected from the group consisting of graphite, carbon black, hard carbon and carbon nanotubes, and is described above.
  • the polymer compound (A2) contained in the coating layer of the coated positive electrode active material particles is 90 based on the total weight of the constituent monomers of the polymer compound (A2) with the monomer (a2) as the constituent monomer.
  • a lithium ion battery comprising a weight% or more and the monomer (a2) being a (meth) acrylic acid alkyl ester having a linear or branched alkyl chain having 3 to 22 carbon atoms. ..
  • the present invention it is possible to provide a lithium ion battery in which the contact resistance value generated between the conductive filler constituting the resin current collector and the coated active material particles can be reduced and the electrical characteristics are improved.
  • the present invention provides a coated negative electrode active material particle in which at least a part of the surface of the negative electrode active material particle is coated with a coating layer containing a polymer compound, and a first resin current collector layer in contact with the coated negative electrode active material particle.
  • a negative electrode including at least a negative electrode resin current collector, a coated positive electrode active material particle in which at least a part of the surface of the positive electrode active material particle is coated with a coating layer containing a polymer compound, and a positive electrode resin current collector are provided.
  • the negative electrode conductive filler contained in the current collector layer is composed of one or more metal elements selected from the group consisting of platinum, gold, silver, copper, nickel and titanium, and is a coating layer of the above-mentioned coated negative electrode active material particles.
  • the polymer compound (A1) contained in the above contains 90% by weight or more based on the total weight of the constituent monomers of the polymer compound (A1) with the monomer (a1) as a constituent monomer.
  • the monomer (a1) is at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methyl acrylate, methacrylic acid and methyl methacrylate
  • the positive electrode resin current collector is a positive electrode polyolefin resin and a positive electrode.
  • the conductive resin composition for a positive electrode containing a conductive filler is one or more selected from the group consisting of graphite, carbon black, hard carbon and carbon nanotubes, and the coated positive electrode is described above.
  • the polymer compound (A2) contained in the coating layer of the active material particles is 90% by weight based on the total weight of the constituent monomers of the polymer compound (A2) with the monomer (a2) as the constituent monomer.
  • a lithium ion battery comprising the above and characterized in that the monomer (a2) is a (meth) acrylic acid alkyl ester having a linear or branched alkyl chain having 3 to 22 carbon atoms.
  • the negative electrode includes at least a coated negative electrode active material particle in which at least a part of the surface of the negative electrode active material particle is coated with a coating layer containing a polymer compound, and a first resin current collector layer in contact with the coated negative electrode active material particle. It is equipped with a resin collector for the negative electrode including.
  • coated negative electrode active material particles In the coated negative electrode active material particles, at least a part of the surface of the negative electrode active material particles is coated with a coating layer containing a polymer compound. When the periphery of the negative electrode active material particles is coated with a coating layer, the volume change of the negative electrode can be alleviated and the expansion of the negative electrode can be suppressed.
  • Examples of the negative electrode active material particles include carbon-based materials [graphite, refractory carbon, amorphous carbon, fired resin (for example, phenol resin, furan resin, etc. baked and carbonized), cokes (for example, pitch coke, etc.). Needle coke and petroleum coke etc.) and carbon fibers], silicon-based materials [silicon, silicon oxide (SiOx), silicon-carbon composite (carbon particles whose surface is coated with silicon and / or silicon carbide, silicon particles or Silicon oxide particles whose surface is coated with carbon and / or silicon carbide, silicon carbide, etc.) and silicon alloys (silicon-aluminum alloys, silicon-lithium alloys, silicon-nickel alloys, silicon-iron alloys, silicon-titanium alloys, etc.
  • carbon-based materials graphite, refractory carbon, amorphous carbon, fired resin (for example, phenol resin, furan resin, etc. baked and carbonized), cokes (for example, pitch coke, etc.). Needle coke and petroleum
  • These negative electrode active material particles may be used alone or in combination of two or more.
  • the volume average particle size of the negative electrode active material particles is preferably 0.01 to 100 ⁇ m, more preferably 0.1 to 20 ⁇ m, and even more preferably 2 to 10 ⁇ m from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery.
  • the coating layer of the coated negative electrode active material particles contains the polymer compound (A1).
  • the polymer compound (A1) contains 90% by weight or more based on the total weight of the constituent monomers of the polymer compound (A1) with the monomer (a1) as the constituent monomer, and the monomer (a1). ) Is one or more selected from the group consisting of acrylic acid, methyl acrylate, methacrylic acid and methyl methacrylate.
  • the coating layer of the coated negative electrode active material particles is composed of the polymer compound (A1) containing a predetermined amount of the monomer (a1) as a constituent monomer, the surface of the coating layer is derived from the monomer (a1). Since it has a carbonyl group and can form a coordination bond with the conductive filler for the negative electrode of the resin collector for the negative electrode, which will be described later, the coated negative electrode active material particles and the resin collector for the negative electrode are in close contact with each other. Can be strengthened.
  • the monomer (a1) is one or more selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid and methyl methacrylate from the viewpoint of strengthening the adhesion between the coated negative electrode active material particles and the resin current collector for the negative electrode. It is preferably present, and acrylic acid is more preferable.
  • the monomer (a1) preferably contains acrylic acid or methacrylic acid in an amount of 80% by weight or more, more preferably 85% by weight or more, and 90% by weight, based on the weight of the monomer (a1). It is more preferable to contain the above.
  • the monomer other than the monomer (a1) those described as active material coating resins in JP-A-2017-054703 and International Publication No. 2015-005117 can be used.
  • the polymer compound (A1) preferably contains 91% by weight or more of the monomer (a1), more preferably 93% by weight or more, based on the total weight of the constituent monomers of the polymer compound (A1). It is preferable, and it is more preferable to contain 95% by weight or more.
  • the preferable lower limit of the weight average molecular weight of the polymer compound (A1) constituting the coating layer is 3,000, the more preferable lower limit is 10,000, and the further preferable lower limit is 30,000.
  • the preferable upper limit of the weight average molecular weight of the polymer compound (A1) is 500,000, the more preferable upper limit is 300,000, and the further preferable upper limit is 200,000.
  • the weight average molecular weight can be determined by gel permeation chromatography (hereinafter abbreviated as GPC) measurement under the following conditions.
  • Equipment Alliance GPC V2000 (manufactured by Waters) Solvents: orthodichlorobenzene, DMF, THF Standard substance: Polystyrene Sample concentration: 3 mg / ml
  • Column stationary phase PLgel 10 ⁇ m, MIXED-B 2 in series (manufactured by Polymer Laboratories) Column temperature: 135 ° C
  • the polymer compound (A1) constituting the coating layer of the coated negative electrode active material particles is a known polymerization initiator ⁇ azo-based initiator [2,2'-azobis (2-methylpropionitrile), 2,2'-. Azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis (2-methylbutyronitrile), etc.], Peroxide-based initiators (benzoyl peroxide, di-t-butyl peroxide, lauryl peroxide, etc.) ) Etc. ⁇ can be produced by a known polymerization method (lumpy polymerization, solution polymerization, emulsion polymerization, suspension polymerization, etc.).
  • the amount of the polymerization initiator used is preferably 0.01 to 5% by weight, more preferably 0.05 to 2% by weight, based on the total weight of the monomers from the viewpoint of adjusting the weight average molecular weight to a preferable range. More preferably, it is 0.1 to 1.5% by weight, and the polymerization temperature and the polymerization time are adjusted according to the type of the polymerization initiator and the like, but the polymerization temperature is preferably ⁇ 5 to 150 ° C. (more preferably). 30 to 120 ° C.), and the reaction time is preferably 0.1 to 50 hours (more preferably 2 to 24 hours).
  • Solvents used in solution polymerization include, for example, esters (2-8 carbon atoms, such as ethyl acetate and butyl acetate), alcohols (1-8 carbon atoms, such as methanol, ethanol and octanol), hydrocarbons (carbon atoms). Examples include 4-8, such as n-butane, cyclohexane and toluene), amides (eg, N, N-dimethylformamide (hereinafter abbreviated as DMF)) and ketones (3-9 carbon atoms, such as methyl ethyl ketone), weight average.
  • esters (2-8 carbon atoms, such as ethyl acetate and butyl acetate
  • alcohols such as methanol, ethanol and octanol
  • hydrocarbons carbon atoms
  • Examples include 4-8, such as n-butane, cyclohexane and toluene
  • amides eg,
  • the amount used is preferably 5 to 900% by weight, more preferably 10 to 400% by weight, still more preferably 30 to 300% by weight based on the total weight of the monomers.
  • the monomer concentration is preferably 10 to 95% by weight, more preferably 20 to 90% by weight, still more preferably 30 to 80% by weight.
  • Examples of the dispersion medium in emulsification polymerization and suspension polymerization include water, alcohol (for example, ethanol), ester (for example, ethyl propionate), and light naphtha, and examples of the emulsifier include higher fatty acid (10 to 24 carbon atoms) metal salt.
  • higher fatty acid (10 to 24 carbon atoms) metal salt for example, sodium oleate and sodium stearate
  • higher alcohol (10 to 24 carbon atoms) sulfate ester metal salt for example, sodium lauryl sulfate
  • tetramethyldecine ethoxylated sodium sulfoethyl methacrylate, dimethylaminomethyl methacrylate, etc.
  • the monomer concentration of the solution or dispersion is preferably 5 to 95% by weight, more preferably 10 to 90% by weight, even more preferably 15 to 85% by weight, and the amount of the polymerization initiator used is based on the total weight of the monomer. It is preferably 0.01 to 5% by weight, more preferably 0.05 to 2% by weight.
  • chain transfer agents such as mercapto compounds (dodecyl mercaptan, n-butyl mercaptan, etc.) and / or halogenated hydrocarbons (carbon tetrachloride, carbon tetrabromide, benzyl chloride, etc.) can be used. ..
  • the polymer compound (A1) constituting the coating layer of the coated negative electrode active material particles is a cross-linking agent (A') having a reactive functional group that reacts the polymer compound (A1) with a carboxyl group ⁇ preferably a polyepoxy compound.
  • A'1 Polyglycidyl ether (bisphenol A diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, glycerin triglycidyl ether, etc.) and polyglycidyl amine (N, N-diglycidyl aniline and 1,3-bis (N, N) -It may be a crosslinked polymer obtained by cross-linking with (diglycidylaminomethyl))) and / or a polyol compound (a'2) (ethylene glycol or the like) ⁇ .
  • the negative electrode active material particles are used as the polymer compound (A1) constituting the coating layer.
  • the negative electrode active material particles include a method of cross-linking after coating with. Specifically, a cross-linking agent (A') is contained after the coating active material is produced by mixing the negative electrode active material particles and the resin solution containing the polymer compound (A1) constituting the coating layer and removing the solvent.
  • a cross-linking reaction is caused with desolving, and the reaction in which the polymer compound (A1) constituting the coating layer is cross-linked by the cross-linking agent (A') is negatively impacted.
  • Examples include a method of raising the surface of active material particles.
  • the heating temperature is adjusted according to the type of the cross-linking agent, but is preferably 70 ° C. or higher when the polyepoxy compound (a'1) is used as the cross-linking agent, and is preferably 70 ° C. or higher when the polyol compound (a'2) is used. It is preferably 120 ° C. or higher.
  • the coating layer of the coated negative electrode active material particles preferably contains a conductive auxiliary agent from the viewpoint of internal resistance and the like.
  • metals as conductive aids, metals [aluminum, stainless steel (SUS), silver, gold, copper, titanium, etc.], carbon [graphite and carbon black (acetylene black, ketjen black, furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.)) Etc.], and mixtures thereof and the like.
  • These conductive auxiliaries may be used alone or in combination of two or more. Further, it may be used as these alloys or metal oxides. Among them, from the viewpoint of electrical stability, aluminum, stainless steel, carbon, silver, gold, copper, titanium and mixtures thereof are more preferable, and silver, gold, aluminum, stainless steel and carbon are particularly preferable. It is preferably carbon.
  • a conductive material preferably a metal one among the above-mentioned conductive auxiliaries] may be coated around a particle-based ceramic material or a resin material by plating or the like.
  • the shape (form) of the conductive auxiliary agent is not limited to the particle form, and may be a form other than the particle form, and is a form practically used as a so-called filler-based conductive auxiliary agent such as carbon nanofibers and carbon nanotubes. You may.
  • the average particle size of the conductive auxiliary agent is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 10 ⁇ m from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery.
  • the “particle size of the conductive auxiliary agent” means the maximum distance L among the distances between arbitrary two points on the contour line of the conductive auxiliary agent.
  • an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) is used, and the average value of the particle size of the particles observed in several to several tens of fields is used. The calculated value shall be adopted.
  • the ratio of the polymer compound (A1) constituting the coating layer to the conductive auxiliary agent is not particularly limited, but it is coated by the weight ratio from the viewpoint of the internal resistance of the battery and the like.
  • the conductive auxiliary agent is preferably 1: 0.01 to 1:50, preferably 1: 0.2 to 1: 3.0. More preferred.
  • the coated negative electrode active material particles can be produced by mixing the polymer compound (A1) constituting the coating layer, the negative electrode active material particles, and the conductive auxiliary agent used as needed.
  • the order in which the polymer compound (A) constituting the coating layer, the negative electrode active material particles and the conductive auxiliary agent is mixed is not particularly limited, and for example, the polymer compound (A1) constituting the premixed coating layer and the conductive auxiliary agent are mixed.
  • the resin composition composed of the agent may be further mixed with the negative electrode active material particles, the polymer compound (A1) constituting the coating layer, the negative electrode active material particles and the conductive auxiliary agent may be mixed at the same time, or the negative electrode may be mixed.
  • the polymer compound (A1) constituting the coating layer may be mixed with the active material particles, and a conductive auxiliary agent may be further mixed.
  • the coated negative electrode active material particles can be obtained by coating the negative electrode active material particles with the polymer compound (A1) constituting the coating layer.
  • the negative electrode active material particles are placed in a universal mixer at 30 to 500 rpm.
  • a resin solution containing the polymer compound (A1) constituting the coating layer was dropped and mixed over 1 to 90 minutes, and if necessary, a conductive auxiliary agent was mixed, and the mixture was 50 to 200 while being stirred. It can be obtained by raising the temperature to ° C., reducing the pressure to 0.007 to 0.04 MPa, and then holding the mixture for 10 to 150 minutes.
  • the resin current collector for the negative electrode includes at least a first resin current collector layer in contact with the coated negative electrode active material particles.
  • the first resin current collector layer is made of a negative electrode conductive resin composition containing a negative electrode polyolefin resin and a negative electrode conductive filler.
  • polystyrene resin for the negative electrode examples include polyethylene (PE), high-density polyethylene (HDPE), polypropylene (PP), metallocene-based polypropylene, polymethylpentene (PMP), polycycloolefin (PCO), polyethylene terephthalate (PET), and the like.
  • PE polyethylene
  • HDPE high-density polyethylene
  • PP polypropylene
  • PCO polycycloolefin
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN Polyethernitrile
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • SBR styrene butadiene rubber
  • PAN polyacrylonitrile
  • PMA polymethylacrylate
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • epoxy examples thereof include resins, polyethylene resins, and mixtures thereof.
  • the polyolefin resin for the negative electrode one type may be used alone, or two or more types may be used in combination
  • Random polypropylene "SunAllomer PC630S”, “SunAllomer PC630A”, “SunAllomer PB522M” all made by SunAllomer Co., Ltd., “Wintech WFX4T” made by Nippon Polypro Co., Ltd., "Prime Polymer F-744NP” Homopolypropylene made by Prime Polymer Co., Ltd. : “SunAllomer PM600A”, “SunAllomer PL500A”, “SunAllomer PM900A” All made by SunAllomer Co., Ltd.
  • Block polypropylene "Quaria CM688A”, “SunAllomer PC684S”, “SunAllomer PM854X” All made by SunAllomer Co., Ltd.
  • Polyethylene “Novatec” LL UE320 "" Novatec LL UJ960 "High-density polyethylene manufactured by Nippon Polyethylene Co., Ltd .:” Suntech B680 "Polymethylpentene manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd .:” TPX "Metallocene polypropylene manufactured by Mitsui Chemicals Co., Ltd .:” Wintech WFX6 “manufactured by Nippon Polypro Co., Ltd.
  • a mixture of homopolypropylene, block polypropylene, random polypropylene and homopolypropylene or block polypropylene is preferable, and block polypropylene is more preferable.
  • the conductive filler for the negative electrode is composed of one or more metal elements selected from the group consisting of platinum, gold, silver, copper, nickel and titanium. Among these, nickel is preferable from the viewpoint of electrical stability.
  • the average particle size of the conductive filler for the negative electrode is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10 ⁇ m, more preferably 0.02 to 5 ⁇ m from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery. , 0.03 to 1 ⁇ m, more preferably.
  • the “particle size” means the maximum distance L among the distances between arbitrary two points on the contour line of the particles.
  • an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) is used, and the average value of the particle size of the particles observed in several to several tens of fields is used. The calculated value shall be adopted.
  • the weight ratio of the conductive filler for the negative electrode is preferably 30 to 80% by weight, preferably 45 to 80% by weight, based on the weight of the conductive resin composition for the negative electrode, from the viewpoint of reducing the internal resistance value and improving the electrical characteristics. It is more preferably 70% by weight.
  • the weight ratio of the conductive filler for the negative electrode is more preferably 55% by weight or more, still more preferably 60% by weight or more, based on the weight of the conductive resin composition for the negative electrode.
  • the melting point of the conductive resin composition for the negative electrode is 150 to 170 ° C. from the viewpoint of improving the dispersibility of the conductive filler for the negative electrode, reducing the internal resistance value, and preventing the deterioration of the polyolefin resin for the negative electrode. Is preferable.
  • the melting point of the conductive resin composition for the negative electrode is more preferably 155 to 168 ° C, further preferably 160 to 165 ° C.
  • the negative resin current collector includes a second resin current collector layer in contact with the first resin current collector layer, the negative electrode conductive resin composition of the first resin current collector layer may be used. The range of the above melting point may be satisfied.
  • the melting point of the conductive resin composition for a negative electrode is preferably 10 to 30 ° C. higher than the melting point of the conductive resin composition for a positive electrode, which will be described later, from the viewpoint of reducing the internal resistance value.
  • the melting point of the conductive resin composition for a negative electrode is more preferably 15 ° C. or higher, more preferably 20 ° C. or higher, and particularly preferably 25 ° C. or higher, higher than the melting point of the conductive resin composition for a positive electrode, which will be described later. ..
  • the resin collector for the negative electrode includes a second resin collector layer in contact with the first resin collector layer, the conductive resin composition for the negative electrode of the first resin collector layer and the conductive resin composition for the negative electrode are used.
  • the difference in melting point from the conductive resin composition for a positive electrode, which will be described later, may satisfy the above range.
  • the positive electrode conductive filler can be suitably dispersed even if the negative electrode conductive resin composition is kneaded at a temperature lower than the kneading temperature.
  • the difference between the melting point of the conductive resin composition for a negative electrode and the melting point of the conductive resin composition for a positive electrode which will be described later, is within the above range, both the conductive resin composition for a negative electrode and the conductive resin composition for a positive electrode are both. Since it is possible to sufficiently disperse the conductive filler by imparting appropriate fluidity to the electrode, a conductive path is formed in both the resin collector for the positive electrode and the resin collector for the negative electrode to exhibit conductivity. be able to.
  • the first resin current collector layer may contain other components, if necessary.
  • other components include dispersants, colorants, ultraviolet absorbers, plasticizers (phthalic acid skeleton-containing compounds, trimellitic acid skeleton-containing compounds, phosphate group-containing compounds, epoxy skeleton-containing compounds, etc.) and the like.
  • the resin current collector for the negative electrode may be composed of the first resin current collector layer, but may include a second resin current collector layer in contact with the first resin current collector layer.
  • the order of addition of each component at the time of mixing is not particularly limited.
  • the obtained mixture may be further pelletized or powdered by a pelletizer or the like.
  • the temperature at the time of mixing is preferably 180 to 260 ° C.
  • coated positive electrode active material particles In the coated positive electrode active material particles, at least a part of the surface of the positive electrode active material particles is coated with a coating layer containing a polymer compound.
  • the volume average particle size of the positive electrode active material particles is preferably 0.01 to 100 ⁇ m, more preferably 0.1 to 35 ⁇ m, and further preferably 2 to 30 ⁇ m from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery. preferable.
  • the polymer compound (A2) contained in the coating layer of the coated positive electrode active material particles is 90 weight based on the total weight of the constituent monomers of the polymer compound (A2) with the monomer (a2) as the constituent monomer. % Or more, and the monomer (a2) is a (meth) acrylic acid alkyl ester having a linear or branched alkyl chain having 3 to 22 carbon atoms.
  • (meth) acrylic acid means acrylic acid or methacrylic acid.
  • the coating layer of the coated positive electrode active material particles is composed of the polymer compound (A2) containing a predetermined amount of the monomer (a2) as a constituent monomer, it is a carbon-based material contained in a resin current collector for a positive electrode, which will be described later.
  • the compatibility with the conductive filler for the positive electrode is good, and the contact resistance value can be suitably reduced.
  • the preferable lower limit of the weight average molecular weight of the polymer compound (A2) constituting the coating layer of the coated positive electrode active material particles is 3,000, the more preferable lower limit is 5,000, and the further preferable lower limit is 7,000.
  • the preferable upper limit of the weight average molecular weight of the polymer compound is 100,000, and the more preferable upper limit is 70,000.
  • the coated positive electrode active material particles can be obtained by coating the positive electrode active material particles with a polymer compound constituting the coating layer.
  • the positive electrode active material particles are placed in a universal mixer and stirred at 30 to 500 rpm.
  • a resin solution containing the polymer compound (A2) constituting the coating layer is added dropwise over 1 to 90 minutes, and if necessary, a conductive auxiliary agent is mixed, and the temperature rises to 50 to 200 ° C. with stirring. It can be obtained by warming, reducing the pressure to 0.007 to 0.04 MPa, and then holding for 10 to 150 minutes.
  • the weight ratio of the conductive filler for the positive electrode shall be 15 to 30% by weight based on the weight of the conductive resin composition for the positive electrode from the viewpoint of reducing the internal resistance value, improving the electrical characteristics and forming the thin film. Is preferable.
  • the weight ratio of the conductive filler for the positive electrode is more preferably 18% by weight or more, further preferably 20% by weight or more, and more preferably 25% by weight or more, based on the weight of the conductive resin composition for the positive electrode. Is particularly preferred.
  • the melting point of the conductive resin composition for a positive electrode is preferably 135 to 165 ° C. from the viewpoint of reducing the internal resistance value and forming a thin film.
  • the melting point of the conductive resin composition for a positive electrode is more preferably 140 to 160 ° C.
  • a method for manufacturing a resin current collector for a positive electrode for example, a negative electrode is used except that a polyolefin resin for a positive electrode, a conductive filler for a positive electrode, and other components are mixed as necessary to use a conductive resin composition for a positive electrode. It can be manufactured by the same method as the resin collector.
  • the temperature at the time of mixing is preferably 160 to 220 ° C.
  • a slurry for a positive electrode containing coated positive electrode active material particles and an electrolytic solution is applied to the surface of a resin current collector for positive electrodes, and excess electrolytic solution is removed to remove the coated positive electrode active material particles. It is possible to manufacture a positive electrode including a layer containing the above and a resin current collector for the positive electrode.
  • the electrolytic solution the one described in the above-mentioned negative electrode can be appropriately selected and used.
  • the slurry for a positive electrode containing the coated positive electrode active material particles and the electrolytic solution preferably does not contain a binder. Since the positive electrode slurry does not contain a binder, the positions of the coated positive electrode active material particles are not fixed, and the coated positive electrode active material particles and the coated positive electrode active material particles and the coated positive electrode active material particles and the positive electrode resin are used. It is possible to obtain a positive electrode in a state where the current collector is not irreversibly fixed (non-bound body).
  • the slurry for a positive electrode containing the coated positive electrode active material particles and the electrolytic solution may contain an adhesive resin.
  • the adhesive resin those described in the negative electrode can be appropriately selected and used.
  • the thickness of the positive electrode is preferably 150 to 600 ⁇ m, more preferably 200 to 450 ⁇ m from the viewpoint of battery performance.
  • the lithium ion battery of the present invention can be obtained by combining electrodes to be opposite electrodes, storing the battery together with a separator in a cell container, injecting an electrolytic solution, and sealing the cell container.
  • separator a porous film made of polyethylene or polypropylene, a laminated film of a porous polyethylene film and a porous polypropylene, a non-woven fabric made of synthetic fibers (polyester fiber, aramid fiber, etc.) or glass fiber, etc., and silica on the surface thereof.
  • synthetic fibers polyyester fiber, aramid fiber, etc.
  • glass fiber etc.
  • silica silica on the surface thereof.
  • separators for lithium ion batteries such as those to which ceramic fine particles such as alumina and titania are attached can be mentioned.
  • separator As the separator, a porous film made of polyethylene or polypropylene, a laminated film of a porous polyethylene film and a porous polypropylene, a non-woven fabric made of synthetic fibers (polyester fiber, aramid fiber, etc.) or glass fiber, etc., and silica on the surface thereof. , Known separators for lithium ion batteries such as those to which ceramic fine particles such as alumina and titania are attached can be mentioned.
  • This copolymer was roughly pulverized with a hammer and then additionally pulverized in a mortar to prepare a powdery polymer compound (A1-1).
  • Table 1-1 shows the types and amounts of the monomers used in the polymer compound (A1-1).
  • the weight average molecular weights of the obtained polymer compound (A1-1) are shown in Table 1-1.
  • the obtained conductive resin composition for a negative electrode used for the first resin collector layer and the conductive resin composition for a negative electrode used for the second resin collector layer are passed through a coextrusion film forming machine. By stretching and rolling it, a conductive film for a resin collector for a negative electrode having a first resin collector layer having a thickness of 50 ⁇ m and a second resin collector layer having a thickness of 50 ⁇ m is obtained. rice field. Next, the obtained conductive film for a resin collector for a negative electrode was cut to a size of 17.0 cm ⁇ 17.0 cm, and nickel vapor deposition was applied to one side (the surface of the first resin collector layer).
  • a resin collector (N-1) for a negative electrode to which a terminal (5 mm ⁇ 3 cm) for taking out a current was connected was produced.
  • Table 1-2 shows the types and amounts of the polyolefin resin and the conductive filler used in the first resin current collector layer of the negative electrode resin current collector (N-1). Further, the melting point of the conductive resin composition for the negative electrode used for the first resin collector layer of the resin collector for the negative electrode (N-1) and the penetration of the resin collector for the negative electrode (N-1). The resistance values are shown in Table 1-2.
  • the melting point of the conductive resin composition for the negative electrode used for the resin collector for the negative electrode (N-1) was measured using DSC (differential scanning calorimetry) according to JIS K 7122 (transfer heat measurement method).
  • DSC2910 trade name, manufactured by TA Instruments Co., Ltd.
  • the resin collector (N-1) for the negative electrode is punched into a circle of ⁇ 15, and the resistance value is measured using an electric resistance measuring instrument [IMC-0240 type, Imoto Seisakusho Co., Ltd.] and a resistor [RM3548, manufactured by HIOKI]. bottom.
  • the resistance value of the negative electrode resin collector (N-1) with a load of 2.16 kg applied to the electrical resistance measuring instrument is measured, and the value 60 seconds after the load of 2.16 kg is applied is the value.
  • the resistance value of the negative electrode resin collector (N-1) was used.
  • Penetration resistance value ( ⁇ ⁇ cm 2 ) resistance value ( ⁇ ) ⁇ 3.14 (cm 2 )
  • the obtained conductive resin composition for a negative electrode was passed through a T-die extrusion film forming machine, and the film was stretched and rolled to obtain a conductive film for a resin collector for a negative electrode having a thickness of 100 ⁇ m.
  • the obtained conductive film for the resin collector for the negative electrode was cut to a size of 17.0 cm ⁇ 17.0 cm, nickel was vapor-deposited on one side, and then a terminal (5 mm ⁇ 3 cm) for taking out a current was inserted.
  • a connected negative electrode resin collector (N-2) was produced.
  • Table 1-2 shows the types and amounts of the polyolefin resin and the conductive filler used in the negative electrode resin current collector (N-2).
  • Table 1-2 shows the melting point of the conductive resin composition for the negative electrode used for the resin collector for the negative electrode (N-2) and the penetration resistance value of the resin collector for the negative electrode (N-2). ..
  • the obtained conductive resin composition for a positive electrode was passed through a T-die extrusion film forming machine, and the film was stretched and rolled to obtain a conductive film for a resin collector for a positive electrode having a thickness of 100 ⁇ m.
  • the obtained conductive film for the positive electrode resin collector was cut to a size of 17.0 cm ⁇ 17.0 cm, and then a terminal for current extraction (5 mm ⁇ 3 cm) was connected to the resin collector for the positive electrode.
  • (P-1) was produced.
  • Table 1-2 shows the types and amounts of the polyolefin resin and the conductive filler used in the positive electrode resin collector (P-1).
  • Table 1-2 shows the melting point of the conductive resin composition for the negative electrode used for the resin collector for the positive electrode (P-1) and the penetration resistance value of the resin collector for the positive electrode (P-1). ..
  • R1 Sun Aroma PC684S, Sun Aroma Co., Ltd.
  • R2 Sun Tech B680, Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd.
  • R3 Sun Aroma PC630S, Sun Aroma Co., Ltd.
  • F1 Nickel powder, Nickel powder Type 255, Vale Japan Co., Ltd.
  • F2 Acetylene Black, Denka Black Powder, Denka Co., Ltd.
  • F3 Furness Black, # 3030B, Mitsubishi Chemical Co., Ltd.
  • F4 Carbon nanotubes, NC7000, Nanocil Co., Ltd.
  • An electrolytic solution was prepared by dissolving LiN (FSO 2 ) 2 in a mixed solvent (volume ratio 1: 1) of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) at a ratio of 2.0 mol / L.
  • the obtained negative electrode slurry is applied to one side (the surface of the first resin collector layer) of the negative electrode resin collector (N-1) so that the amount of active material is 30 mg / cm 2.
  • Pressing at a pressure of .4 MPa for about 10 seconds produced a negative electrode for a lithium ion battery (16.2 cm ⁇ 16.2 cm) according to Example 1-1 having a thickness of 350 ⁇ m.
  • a polymer compound solution obtained by dissolving the polymer compound (A2-1) in DMF at a concentration of 5.0% by weight was prepared.
  • 84 parts of positive electrode active material particles LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 powder, volume average particle diameter 4 ⁇ m
  • a universal mixer high speed mixer FS25 manufactured by EarthTechnica Co., Ltd.
  • 9 parts of the polymer compound solution was added dropwise over 2 minutes, and the mixture was further stirred for 5 minutes.
  • Example 1-1 Difference in melting point between the conductive resin composition for the negative electrode used for the resin collector of the produced lithium ion battery and the conductive resin composition for the positive electrode (melting point of the conductive resin composition for the negative electrode-conductive resin for the positive electrode) The melting point of the composition) is shown in Table 1-3.
  • Example 1-1 the calculation was made using the melting point of the conductive resin composition for the negative electrode used for the first resin current collector layer of the resin collector for the negative electrode (N-1). Moreover, the direct current resistance value (DCR) and the capacity retention rate of the manufactured lithium ion battery were measured. The results are shown in Table 1-3.
  • No change (the layer containing the coated negative electrode active material particles is not cracked, and the coated negative electrode active material particles and the resin current collector for the negative electrode are maintained in close contact with each other).
  • The layer containing the coated negative electrode active material particles was cracked, but the coated negative electrode active material particles and the resin current collector for the negative electrode remained in close contact with each other.
  • X The layer containing the coated negative electrode active material particles was peeled off from the negative electrode resin current collector. (Evaluation method of positive electrode) The positive electrode slurry obtained in the above-mentioned preparation of the positive electrode is applied to one side of the positive electrode resin collector (P-1) so that the amount of active material is 30 mg / cm 2, and the pressure is about 10 MPa.
  • a positive electrode for a peeling test having a thickness of 340 ⁇ m was prepared by pressing for seconds.
  • the side of the prepared peeling test positive electrode having the layer containing the coated positive electrode active material particles is bent 90 °, and the state of adhesion between the coated positive electrode active material particles and the resin current collector for the positive electrode is visually confirmed and described below. It was evaluated according to the evaluation criteria. The results are shown in Table 1-3. ⁇ : No change (the layer containing the coated positive electrode active material particles does not crack, and the coated positive electrode active material particles and the resin current collector for the positive electrode are maintained in close contact with each other).
  • The layer containing the coated positive electrode active material particles was cracked, but the coated positive electrode active material particles and the resin current collector for the positive electrode were maintained in close contact with each other.
  • X The layer containing the coated positive electrode active material particles was peeled off from the resin current collector for the positive electrode.
  • Example 1-1 except that the polymer compound used for the negative electrode and the resin collector for the negative electrode, and the polymer compound used for the positive electrode and the resin collector for the positive electrode were changed as shown in Table 1-3.
  • a lithium ion battery was manufactured in the same manner as in the above.
  • the direct current resistance value (DCR) and the capacity retention rate of the produced lithium ion battery were measured in the same manner as in Example 1-1.
  • the results are shown in Table 1-3.
  • Example 1 except that the polymer compound and the resin collector for the negative electrode used for the negative electrode and the polymer compound and the resin collector for the positive electrode used for the positive electrode were changed as shown in Table 1-3.
  • a negative electrode for a peeling test and a positive electrode for a peeling test were prepared and a peeling test was performed. The results are shown in Table 1-3.
  • the lithium ion batteries according to Examples 1-1 to 1-5 can obtain lithium ion batteries having a reduced direct current resistance (DCR), excellent cycle characteristics, and improved electrical characteristics. Was done.
  • DCR direct current resistance
  • the volume resistivity of the conductive filler for the negative electrode contained in the resin collector for the negative electrode is preferably 50 ⁇ cm to 1 ⁇ cm. Further, it is preferable that the volume average particle diameter of the conductive filler for the negative electrode is 1 to 15 ⁇ m. Further, it is preferable that the conductive filler for the negative electrode is an inorganic metal compound containing titanium or copper. Further, it is preferable that the polyolefin resin for the negative electrode is a resin that dissolves in at least one selected from the group consisting of N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone and xylene.
  • a lithium ion battery having the above-mentioned characteristics and a resin collector for a lithium ion battery that can be used as a resin collector for the negative electrode of the lithium ion battery will be described.
  • Lithium-ion batteries have been widely used in various applications in recent years as secondary batteries that can achieve high energy density and high output density, and various materials are being studied to develop higher-performance lithium-ion batteries. ..
  • Patent Document 1 Even if the resin current collector is short-circuited, the resistance of the resin current collector itself is large, so a large current does not flow toward the short-circuited part, and there is no sudden temperature rise, so there is no ignition, which is a safety advantage. There is.
  • the conductive filler expands and contracts due to the inflow and outflow of lithium ions during charging and discharging, causing a volume change in the resin current collector and making it conductive. There is a problem that the path is cut and deterioration such as deterioration of conductivity occurs. Further, in the conventional resin current collector using a metal filler such as nickel as the conductive filler, the metal filler is oxidized or alloyed during charging or with the passage of time, and the electric resistance value (penetration resistance value) of the resin current collector is obtained. ) Increases, which causes a problem of deteriorating the battery performance.
  • the lithium-ion battery has sufficient conductivity, and the electric resistance value does not easily deteriorate (increase) even after repeated charging and discharging.
  • a resin collector for a lithium ion battery that can be used as a resin collector for the negative electrode of the lithium ion battery will be described.
  • the resin collector for a lithium ion battery is a resin collector for a lithium ion battery made of a resin composition containing a matrix resin and a conductive filler, wherein the conductive filler is an inorganic metal compound and the conductive filler.
  • the volume resistivity of the above is 50 ⁇ cm to 1 ⁇ cm.
  • the matrix resin is not particularly limited, and examples thereof include a polyolefin resin, a polyamide resin, a polyimide resin, a polyamide-imide resin, a fluororesin, and a mixture thereof.
  • the matrix resin includes ethylene, propylene, styrene chloroethylene, trichloroethylene, vinyl fluoride, vinyl chloride, vinyl acetate, vinylidene chloride, (meth) acrylonitrile, vinylidene fluoride, methyl (meth) acrylate, and ethyl (meth) acrylate.
  • the matrix resin may be used alone or in combination of two or more.
  • (meth) acrylic acid means acrylic acid and methacrylic acid
  • (meth) acrylonitrile means acrylonitrile and methacrylic acid
  • pyromellitic acid (anhydride) means pyromellitic acid and pyromellitic acid.
  • Merit means acid anhydride.
  • the matrix resin is preferably a resin that dissolves in at least one selected from the group consisting of N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone and xylene.
  • the resin soluble in N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone include polyamide resins.
  • the resin that dissolves in xylene include polyolefin resins and the like.
  • the resin is dissolved in the solvent when 2 g or more of the resin is dissolved in 100 g of the solvent at 140 ° C.
  • the weight average molecular weight of the matrix resin is not particularly limited, but is preferably 50,000 to 1,000,000, more preferably 100,000 to 500,000 from the viewpoint of moldability and resin strength.
  • the weight average molecular weight means the weight average molecular weight measured by the gel permeation chromatography (GPC) method.
  • the measurement conditions are as follows. Equipment: High-temperature gel permeation chromatograph ["Alliance GPC V2000", manufactured by Waters Corp.] Solvent: Ortodichlorobenzene Reference substance: Polystyrene Sample concentration: 3 mg / ml Column stationary phase: PLgel 10 ⁇ m, MIXED-B 2 in series [Polymer Laboratories Co., Ltd.] Column temperature: 135 ° C
  • the method for obtaining the matrix resin is not particularly limited, and can be obtained by polymerizing the above-mentioned material by a known method or the like.
  • the conductive filler is an inorganic metal compound, and the volume resistivity of the conductive filler is 50 ⁇ cm to 1 ⁇ cm. If the volume resistivity of the conductive filler is less than 50 ⁇ cm, it becomes difficult to ensure safety when the battery is damaged for some reason, and if the volume resistivity of the conductive filler exceeds 1 ⁇ cm, it is used as a current collector. It will not be possible to maintain the required conductivity.
  • the inorganic metal compound is a compound containing a metal element and a non-metal element.
  • the metal element include copper, titanium, zirconium, vanadium, niobium, chromium, molybdenum and the like.
  • non-metal elements include carbon, nitrogen, sulfur, fluorine, phosphorus, bromine, iodine and the like.
  • Specific examples of the inorganic metal compound include titanium carbide, copper (I) sulfide, copper (II) sulfide, zirconium carbide, vanadium carbide, vanadium nitride, niobium carbide, niobium nitride, chromium carbide, molybdenum carbide and the like.
  • an inorganic metal compound containing titanium or copper is preferable from the viewpoint of difficulty in storing lithium ions, and titanium carbide and copper (I) sulfide are more preferable.
  • the volume resistivity of the conductive filler means the volume resistivity ( ⁇ ⁇ cm) measured by the following method.
  • An electrical resistance measuring instrument Liesta PA system MCP-PD51, manufactured by Nitto Seiko
  • a resistivity meter Litto Seiko Co., Ltd.
  • Nitto Seiko Co., Ltd. is used to measure the volume resistivity ( ⁇ ⁇ cm) of the conductive filler.
  • the volume average particle size of the conductive filler is preferably 1 to 15 ⁇ m, more preferably 3 to 10 ⁇ m, and further preferably 5 to 8 ⁇ m from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery and the film formability. preferable.
  • the volume average particle size means the particle size (Dv50) at an integrated value of 50% in the particle size distribution obtained by the microtrack method (laser diffraction / scattering method).
  • the microtrack method is a method for obtaining a particle size distribution using scattered light obtained by irradiating particles with laser light.
  • a microtrack manufactured by Nikkiso Co., Ltd. can be used for measuring the volume average particle size.
  • the weight ratio of the conductive filler is preferably 30 to 80% by weight, preferably 45 to 80% by weight, based on the weight of the resin collector for lithium ion batteries, from the viewpoint of the conductivity of the current collector and the energy density of the battery. It is more preferably 80% by weight, and particularly preferably 60 to 80% by weight.
  • the resin current collector for a lithium ion battery may contain other components, if necessary.
  • other components include dispersants, colorants, ultraviolet absorbers, plasticizers (phthalic acid skeleton-containing compounds, trimellitic acid skeleton-containing compounds, phosphate group-containing compounds, epoxy skeleton-containing compounds, etc.) and the like.
  • dispersant youmex series manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., Hardren series manufactured by Toyobo Co., Ltd., Toyo Tuck series, SN sparse 70 manufactured by San Nopco Ltd., and the like can be used.
  • the colorant As the colorant, the ultraviolet absorber, the plasticizer and the like, known ones can be appropriately selected and used.
  • the total content of the other components is preferably 0.001 to 5% by weight based on the weight of the resin current collector for the lithium ion battery.
  • the thickness of the resin current collector for a lithium ion battery is not particularly limited, but is preferably 5 to 150 ⁇ m, more preferably 20 to 100 ⁇ m, and particularly preferably 30 to 50 ⁇ m.
  • the method for manufacturing a resin collector for a lithium ion battery is a coating step of coating a resin composition slurry containing a matrix resin, a conductive filler and a solvent on the surface of a substrate, and after the coating step, the resin composition.
  • a method for manufacturing a resin current collector for a lithium ion battery which comprises a drying step of drying the base material coated with a material slurry, wherein the conductive filler is an inorganic metal compound and the volume of the conductive filler is It is characterized by having a resistance of 50 ⁇ cm to 1 ⁇ cm.
  • the above-mentioned materials can be used.
  • the solvent examples include aromatic solvents such as benzene, toluene and xylene, cellosolve solvents such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve and 1-methoxy-2-propanol, diacetone alcohol, acetone, cyclohexanone, methyl ethyl ketone and 4-methyl-.
  • Ketone solvents such as 2-pentanone, cyclohexanone, ethylcyclohexanone, 1,2-dimethylcyclohexane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, and ester solvents such as methyl lactate and ethyl lactate.
  • halogen-containing solvents such as methylene chloride and chloroform
  • ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane
  • alcohol solvents such as 1-pentanol and 1-butanol.
  • the solvent can be used alone or in combination of two or more.
  • N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone or xylene are preferable from the viewpoint of production stability.
  • the base material is not particularly limited, and examples thereof include releasable base materials having a smooth surface such as polyethylene terephthalate, fluororesin, paper, metal, glass plate, polyester film, and polyvinyl chloride film.
  • the coating step is performed on the surface of the substrate by using a bar coater, a T die, a T die with a bar, a doctor knife, a Meir bar, a roll coater, a die coater, or the like, or by spraying, brushing, or rolling. , Spin coating, dipping, etc. so that the thickness is uniform. Further, if the desired film thickness cannot be obtained by one coating, the coating can be repeated.
  • the drying step is not particularly limited and is generally used, for example, a method of passing the base material coated with the resin composition slurry through a large number of rollers in a drying oven, in an oven.
  • a method of drying with can be carried out.
  • the drying temperature is preferably 10 to 100 ° C. lower than the melting point of the matrix resin used, and more preferably 50 to 80 ° C. lower.
  • the drying time is preferably 2 to 10 hours, more preferably 5 to 8 hours.
  • the resin current collector for a lithium ion battery can also be manufactured by the following method.
  • a resin composition is obtained by mixing a matrix resin, a conductive filler, and if necessary, other components.
  • a mixing method there are a method of obtaining a masterbatch of a conductive filler and then further mixing with a matrix resin, a method of mixing all raw materials at once, and the like, and the mixing is in the form of pellets or powder.
  • Appropriate known mixers such as kneaders, internal mixers, Banbury mixers and rolls can be used for the components of the form.
  • the order of addition of each component at the time of mixing is not particularly limited.
  • the obtained mixture may be further pelletized or powdered by a pelletizer or the like.
  • a resin current collector for a lithium ion battery By molding the obtained resin composition into, for example, a film, a resin current collector for a lithium ion battery can be obtained.
  • the method for forming into a film include known film forming methods such as a T-die method, an inflation method, and a calender method.
  • the resin current collector for a lithium ion battery can also be obtained by a molding method other than film molding.
  • the lithium ion battery may include the resin collector for the lithium ion battery.
  • the resin collector for a lithium ion battery may be provided as a resin collector for a positive electrode, or may be provided as a resin collector for a negative electrode. Further, the resin collector for a lithium ion battery may be used for both a resin collector for a positive electrode and a resin collector for a negative electrode.
  • the resin collector for a lithium ion battery can be applied to a known lithium ion battery. That is, known materials can be used as materials for the positive electrode active material, the negative electrode active material, the electrolytic solution, the separator and the like.
  • the positive electrode active material may be a coated positive electrode active material in which the positive electrode active material is coated with a resin such as an acrylic resin
  • the negative electrode active material may be a negative electrode active material in which the negative electrode active material is coated with a resin such as an acrylic resin. It may be a coated negative electrode active material.
  • Example 2-1 Dissolve 16.3 parts by weight of 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane in 75 parts by weight of dehydrated dimethylacetamide, and add 8.7 parts by weight of pyromellitic anhydride for 48 hours. Stirring was performed to prepare a 25 wt% polyimide precursor solution. Titanium carbide as a conductive filler in 63.2 parts by weight of the prepared polyimide precursor solution [TiC, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd., volume average particle size: 6.0 ⁇ m, volume resistivity: 0.002 ⁇ ⁇ cm] Was added by 36.8 parts by volume to prepare a resin composition slurry.
  • the obtained resin composition slurry was applied onto a glass plate, dried on a hot plate at 160 ° C. for 1 hour, and the solvent was dried. Further, the mixture was placed in an electric furnace and heated at 200 ° C. for 1 hour, 300 ° C. for 1 hour, and 325 ° C. for 1 hour to obtain a resin collector having a matrix resin of polyimide and a thickness of 35 ⁇ m.
  • Example 2-1 Example 2-1 except that titanium carbide [TiC, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd., volume average particle diameter: 5.4 ⁇ m, volume resistivity: 0.0017 ⁇ ⁇ cm] was used as the conductive filler. In the same manner, a resin current collector was produced.
  • Example 2-3 Example 2-1 except that a mixture of 90.3 parts by weight of the polyimide precursor solution and 9.7 parts by weight of titanium carbide [TiC, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.] was used as a resin composition slurry. In the same manner, a resin current collector was produced.
  • TiC titanium carbide
  • Example 2-4 Example 2-1 except that a mixture of 80.0 parts by weight of the polyimide precursor solution and 20.0 parts by weight of titanium carbide [TiC, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.] was used as a resin composition slurry. In the same manner, a resin current collector was produced.
  • Example 2-5 Same as Example 2-1 except that 50.0 parts by weight of the polyimide precursor solution and 50.0 parts by weight of titanium carbide [TiC, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.] were mixed to prepare a resin composition slurry. To prepare a resin current collector.
  • TiC titanium carbide
  • Example 2-6 Similar to Example 2-1 except that titanium carbide [TiC, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc., volume average particle diameter: 0.18 ⁇ m, volume resistivity: 0.0009 ⁇ ⁇ cm] was used as the conductive filler. A resin current collector was prepared.
  • Example 2--7 A resin in the same manner as in Example 2-1 except that titanium carbide [TiC, manufactured by Sigma-Aldrich, volume average particle diameter: 20.6 ⁇ m, volume resistivity: 0.012 ⁇ ⁇ cm] was used as the conductive filler. A current collector was prepared.
  • Example 2-8 Conductive filler as copper sulfide (I) [Cu 2 S, Fuji Film manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., volume average particle diameter: 10.1, volume resistivity: 0.02 ohm ⁇ cm] is carried out except for using A resin current collector was produced in the same manner as in Example 2-1.
  • Example 2-9 Polypropylene [trade name [SunAllomer PM900A], manufactured by SunAllomer Ltd.] 25 parts by weight, dispersant [trade name [SN Sparse 70], manufactured by San Nopco Ltd.] 5 parts by weight, titanium carbide as a conductive filler [TiC, Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd., volume average particle diameter: 6.0 ⁇ m, volume resistivity: 0.002 ⁇ ⁇ cm] 70 parts by weight was dissolved in xylene at 140 ° C. and mixed to obtain a cast solution. The obtained cast solution was applied onto a copper foil, heated on a hot plate at 110 ° C. to remove the solvent, and then dried in a vacuum drier at 80 ° C. The film formed on the copper foil was peeled off to obtain a resin current collector having a matrix resin of polypropylene and a thickness of 20 ⁇ m.
  • Example 2-10 Conductive filler as copper sulfide (I) [Cu 2 S, Fuji Film manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., volume average particle diameter: 10.1, volume resistivity: 0.02 ohm ⁇ cm] is carried out except for using A resin current collector was produced in the same manner as in Example 2-9.
  • Example 2-11 2-Chloro-1,4-phenylenediamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 5.8 parts by weight and 4,4'-diaminodiphenyl ether (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 19.2 parts by weight under a nitrogen atmosphere. It was dissolved in 75 parts by weight of 1-methyl-1-pyrrolidone (ultra-dehydrated, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and this solution was cooled to 0 ° C. While the inside of the system was kept at 30 ° C.
  • Example 2-12 Conductive filler as copper sulfide (I) [Cu 2 S, Fuji Film manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., volume average particle diameter: 10.1, volume resistivity: 0.02 ohm ⁇ cm] is carried out except for using A resin current collector was produced in the same manner as in Example 2-11.
  • Example 2-1 Same as Example 2-1 except that acetylene black [Denka Black (registered trademark) manufactured by Denka Co., Ltd., volume average particle diameter: 35 ⁇ m, volume resistivity: 0.1 ⁇ ⁇ cm] was used as the conductive filler. To prepare a resin current collector.
  • volume resistance value ( ⁇ ⁇ cm) Penetration resistance value ( ⁇ ) ⁇ sample thickness (cm) x 1.77 (cm 2 ) The results are shown in Table 2-1.
  • An electrolytic solution was prepared by dissolving LiN (FSO 2 ) 2 in a mixed solvent (volume ratio 1: 1) of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) at a ratio of 2.0 mol / L.
  • the reduction current value per unit area at potential 0V is less than 5 ⁇ Acm -2
  • the oxidation current value per unit area at potential 1V is less than 1 ⁇ Acm -2
  • the reduction current value per unit area at potential 0V is 5 ⁇ Acm -2.
  • ⁇ Preparation of positive electrode polymer compound for coating 95 parts by weight of lauryl methacrylate, 4.6 parts by weight of methacrylic acid, 1,6-hexanediol dimethacrylate 0. 4 parts by weight and 390 parts by weight of toluene were charged and the temperature was raised to 75 ° C. 10 parts by weight of toluene, 0.200 parts by weight of 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) and 0.200 parts by weight of 2,2'-azobis (2-methylbutyronitrile) were mixed. The obtained monomer mixed solution was continuously added dropwise over 4 hours with a dropping funnel while blowing nitrogen into the corben to carry out radical polymerization.
  • a solution prepared by dissolving 0.800 parts by weight of 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) in 12.4 parts by weight of toluene was started using a dropping funnel, and then 6 to 6 to It was added continuously over the 8th hour. Further, the polymerization was continued for 2 hours, and 488 parts of toluene was added to obtain a copolymer solution (positive polymer compound solution for coating) having a resin concentration of 30% by weight.
  • Radical polymerization was carried out by continuously dropping the initiator solution dissolved in 30 parts by weight of DMF over 2 hours with a dropping funnel while blowing nitrogen into a four-necked flask. After completion of the dropping, the temperature was raised to 70 ° C. and the reaction was continued for 2 hours. Then, the temperature was raised to 80 ° C. and the reaction was continued for 2 hours to obtain a copolymer solution (negative polymer compound solution for coating) having a resin concentration of 30% by weight.
  • Non-graphitizable carbon (hard carbon) (Carbotron (registered trademark) PS (F) manufactured by Kureha Battery Materials Japan Co., Ltd.) 80 parts by weight universal mixer High speed mixer FS25 [manufactured by EarthTechnica Co., Ltd. ], And in a state of stirring at room temperature and 720 rpm, 11 parts by weight of the coating negative polymer compound solution was added dropwise over 2 minutes, and the mixture was further stirred for 5 minutes.
  • ⁇ Manufacturing positive electrodes for lithium-ion batteries 42 parts by weight of the electrolytic solution and 4.2 parts of carbon fiber [Donacabo Milled S-243 manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd .: average fiber length 500 ⁇ m, average fiber diameter 13 ⁇ m: electric conductivity 200 mS / cm] are mixed in a planetary stirring type. After mixing for 5 minutes at 2000 rpm using a kneading device ⁇ Awatori Kentarou [manufactured by Shinky Co., Ltd.] ⁇ , 30 parts by weight of the electrolytic solution and 206 parts by weight of the coated positive electrode active material for the lithium ion battery are added.
  • the mixture was mixed with Awatori Kentarou at 2000 rpm for 2 minutes, and after adding 20 parts by weight of the above electrolytic solution, stirring by Awatori Kentarou was performed at 2000 rpm for 1 minute, and the above electrolytic solution was further added by 2.3 parts by weight. After the addition, stirring by Awatori Rentaro was mixed at 2000 rpm for 2 minutes to prepare a slurry for the positive electrode active material layer.
  • the obtained slurry for the positive electrode active material layer is applied to one side of the above resin current collector so that the grain size is 100 mg / cm 2, and pressed at a pressure of 1.4 MPa for about 10 seconds to obtain lithium having a thickness of 420 ⁇ m.
  • a positive electrode for an ion battery (16.2 cm ⁇ 16.2 cm) was produced.
  • ⁇ Manufacturing negative electrodes for lithium-ion batteries 42 parts by weight of electrolyte and carbon fiber [Donacabo Milled S-243 manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd .: average fiber length 500 ⁇ m, average fiber diameter 13 ⁇ m: electrical conductivity 200 mS / cm] 4.2 parts by weight are planetary stirring type Using a mixing and kneading device ⁇ Awatori Rentaro [manufactured by Shinky Co., Ltd.] ⁇ , the mixture was mixed at 2000 rpm for 5 minutes, and then 30 parts by weight of the electrolytic solution and 206 parts by weight of the coated negative electrode active material for the lithium ion battery were added.
  • the capacity charged at this time was defined as [initial charge capacity (mAh)], and the discharged capacity was defined as [initial discharge capacity (mAh)].
  • the initial Coulomb efficiency was calculated by the following formula.
  • [Initial Coulomb Efficiency (%)] [Initial Discharge Capacity] ⁇ [Initial Charge Capacity] x 100
  • the resin collector for the positive electrode is formed on the first conductive resin layer containing the first conductive filler which is the conductive filler for the positive electrode and the first conductive resin layer.
  • a second conductive resin layer containing a second conductive filler which is a conductive filler for a positive electrode is provided, and the first conductive filler has a true density of 1.1 to 1.8 g / cm 3 and a second.
  • the conductive filler preferably has a true density of 2.0 to 2.5 g / cm 3 .
  • the crystallite size (Lc) of the first conductive filler is 1.0 to 2.0 nm and the crystallite size (Lc) of the second conductive filler is 2.1 to 100 nm. .. Further, it is preferable that the first conductive filler is hard carbon. Further, the weight ratio of the first conductive filler contained in the first conductive resin layer is preferably 10 to 50% by weight based on the weight of the first conductive resin layer.
  • a lithium ion battery having the above-mentioned characteristics and a resin collector for a lithium ion battery that can be used as a resin collector for the positive electrode of the lithium ion battery will be described.
  • Lithium-ion (secondary) batteries have been widely used in various applications in recent years as secondary batteries that can achieve high energy density and high output density.
  • Lithium-ion batteries have been widely used in various applications in recent years as secondary batteries that can achieve high energy density and high output density, and various materials are being studied to develop higher-performance lithium-ion batteries. ..
  • the metal-based filler when used as the conductive filler, the metal-based filler is oxidized during charging or with the passage of time, and the electric resistance value (penetration resistance value) of the resin collector increases, so that the lithium ion battery is used.
  • the cycle characteristics of the battery may deteriorate, and there is room for further improvement.
  • the present inventors have made a first conductive resin layer containing a conductive carbon having a high true density, and a second conductive resin layer containing a conductive filler having a low true density on the first conductive resin layer. It has been found that by providing the resin layer, the volume change due to charging and discharging can be reduced, and the deterioration of the cycle characteristics can be suppressed.
  • the resin collector for the positive electrode is formed on the first conductive resin layer containing the first conductive filler which is the conductive filler for the positive electrode and the first conductive resin layer. It is formed and includes a second conductive resin layer containing a second conductive filler which is a conductive filler for a positive electrode, and the first conductive filler has a true density of 1.1 to 1.8 g / cm 3 .
  • the second conductive filler has a true density of 2.0 to 2.5 g / cm 3 .
  • the volume change due to charging / discharging can be reduced, and the deterioration of the cycle characteristics can be suppressed.
  • a resin collector for a lithium ion battery that can be used as a resin collector for the positive electrode of the lithium ion battery will be described.
  • the resin collector for a lithium ion battery is formed on a first conductive resin layer containing a first conductive filler and the first conductive resin layer, and is formed on the first conductive resin layer and contains a second conductive filler.
  • the first conductive filler provided with a resin layer is a conductive carbon having a true density of 1.1 to 1.8 g / cm 3.
  • the second conductive filler is conductive carbon having a true density of 2.0 to 2.5 g / cm 3.
  • Both the first conductive resin layer and the second conductive resin layer contain a conductive filler, but each conductive resin layer contains conductive carbon having a different true density as the conductive filler.
  • the first conductive resin layer contains conductive carbon having a true density of 1.1 to 1.8 g / cm 3 as the first conductive filler
  • the second conductive resin layer contains conductive carbon having a true density of 2.0 to 2.5 g / cm 3 as the second conductive filler.
  • the conductive carbon contained in the first conductive resin layer has a lower true density than the conductive carbon contained in the second conductive resin layer.
  • the conductive resin layer containing conductive carbon having a relatively small true density is defined as the first conductive resin layer.
  • a conductive resin layer containing conductive carbon having a relatively high true density can be defined as a second conductive resin layer.
  • the true density of the conductive filler is a value measured by using the Gerusac type (pycnometer / liquid phase substitution) method in accordance with JIS Z 8807: 2012 "Measuring method of solid density and specific gravity", for example. It can be measured using AUTO TRUE DENSER MAT-7000 [manufactured by Seishin Co., Ltd.] or the like.
  • the true density of the types of conductive fillers most contained in the first conductive resin layer is used as a representative value. Further, the representative values of the true densities of the conductive fillers are compared with each other, with the true density of the type of the conductive filler most contained in the second conductive resin layer as a representative value. As a result of comparison, the conductive resin layer containing the conductive filler having a high true density becomes the first conductive resin layer.
  • the first conductive resin layer contains the first conductive filler, and the first conductive filler is a conductive carbon having a true density of 1.1 to 1.8 g / cm 3. Is. Such conductive carbon retains a space that does not cause swelling or contraction even if lithium ions enter and exit due to charging and discharging. Therefore, it is possible to reduce the volume change of the resin current collector due to charging / discharging.
  • the first conductive filler is preferably a conductive carbon having a true density of 1.2 to 1.7 g / cm 3
  • the first conductive filler is a conductive carbon having a true density of 1.5 to 1.6 g / cm 3. Is more preferable.
  • the crystallite size (Lc) of the first conductive filler is preferably 1.0 to 2.0 nm. By having such a crystallite size (Lc), it is possible to sufficiently maintain a space in which lithium ions enter and exit.
  • the crystallite size (Lc) of the first conductive filler is more preferably 1.0 to 1.5 nm, further preferably 1.0 to 1.2 nm.
  • the crystallite size (Lc) of the conductive filler in the present specification is the crystallite of the (002) diffraction line measured by the X-ray diffraction (XRD) method in accordance with JIS K 0131 "General rules for X-ray diffraction analysis". It means the size (stacking of d (002) planes).
  • first conductive filler examples include, but are not limited to, hard carbon (non-graphitized carbon), carbon nanofibers, and the like. Among these, hard carbon is preferable because it preferably satisfies the above range of true density.
  • the shape of the first conductive filler may be spherical, scaly, or lumpy.
  • the weight ratio of the first conductive filler contained in the first conductive resin layer is preferably 10 to 50% by weight based on the weight of the first conductive resin layer.
  • the weight ratio of the first conductive filler contained in the first conductive resin layer is more preferably 10 to 40% by weight based on the weight of the first conductive resin layer from the viewpoint of electrical characteristics and film forming property. It is preferably 20 to 40% by weight, more preferably 20 to 40% by weight.
  • PE "Novatec LL UE320""Novatec LL UJ960” All made by Nippon Polyethylene Co., Ltd.
  • PP "SunAllomer PM854X”"SunAllomerPC684S”"SunAllomerPL500A”"SunAllomerPC630S””SunAllomerPC630A”"SunAllomerPB522M””SunAllomerCM688” All made by SunAllomer Ltd., "Prime Polymer J-2000GP” made by Prime Polymer Co., Ltd., “Wintech WFX4T” made by Nippon Polypro Co., Ltd.
  • PMP "TPX” made by Mitsui Chemicals Co., Ltd.
  • modified polyolefin examples include polyethylene, polypropylene or a copolymer thereof in which a polar functional group is introduced, and examples of the polar functional group include a carboxyl group, a 1,3-dioxo-2-oxapropylene group and a hydroxyl group. Examples thereof include an amino group, an amide group and an imide group.
  • Admer series manufactured by Mitsui Chemicals, Inc. and the like are commercially available.
  • the weight ratio of the polyolefin resin contained in the first conductive resin layer is preferably 50 to 90% by weight based on the weight of the first conductive resin layer.
  • the weight ratio of the polyolefin resin is in the above range, the moldability is good and it is suitable for thinning.
  • the first conductive resin layer may contain a conductive material different from that of the first conductive filler.
  • the material of the conductive material include metals [nickel, aluminum, stainless steel (SUS), silver, copper, titanium, etc.], alloys thereof, and mixtures thereof. From the viewpoint of electrical stability, nickel is preferable.
  • a conductive material (a metal among the above-mentioned conductive materials) may be coated around a particle-based ceramic material or a resin material by plating or the like.
  • the first conductive resin layer contains, in addition to the polyolefin resin and the first conductive filler, other components [dispersant for conductive material, colorant, ultraviolet absorber, general-purpose plasticizer (phthal), if necessary. Acid skeleton-containing compounds, trimellitic acid skeleton-containing compounds, phosphate group-containing compounds, epoxy skeleton-containing compounds, etc.)] and the like may be appropriately contained. From the viewpoint of electrical stability, the total amount of the other components added is preferably 0.001 to 5 parts by weight, more preferably 0.001 to 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the first conductive resin layer. Is.
  • the dispersant for the conductive material As the dispersant for the conductive material, the Youmex series manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., the Hardren series manufactured by Toyobo Co., Ltd., the Toyo Tuck series and the like can be used.
  • the thickness of the first conductive resin layer is preferably 25 to 65 ⁇ m. Within the above range, both thinning and the strength of the resin current collector can be suitably compatible.
  • the thickness of the first conductive resin layer is more preferably 25 to 60 ⁇ m, and even more preferably 25 to 50 ⁇ m.
  • the second conductive resin layer contains a second conductive filler, and the second conductive filler is a conductive carbon having a true density of 2.0 to 2.5 g / cm 3. Is.
  • the second conductive filler is preferably a conductive carbon having a true density of 2.1 to 2.4 g / cm 3 , and is preferably a conductive carbon having a true density of 2.1 to 2.2 g / cm 3. Is more preferable.
  • the crystallite size (Lc) of the second conductive filler is preferably 2.1 to 100 nm.
  • the crystallite size (Lc) of the second conductive filler is more preferably 2.5 to 60 nm, further preferably 3.0 to 50 nm.
  • Examples of the second conductive filler include, but are limited to, carbon black (acetylene black, ketjen black, furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.), natural or artificial graphite (graphite), and the like. Not that. Among these, acetylene black and Ketjen black are preferable because they preferably satisfy the above range of true density.
  • the shape of the second conductive filler may be spherical, scaly, or lumpy, but spherical is preferable.
  • the weight ratio of the second conductive filler contained in the second conductive resin layer is preferably 10 to 50% by weight based on the weight of the second conductive resin layer. By setting the weight ratio of the second conductive filler in the above range, electrical characteristics can be suitably imparted.
  • the weight ratio of the second conductive filler contained in the second conductive resin layer is more preferably 10 to 40% by weight, more preferably 20 to 30% by weight, based on the weight of the second conductive resin layer. Is more preferable.
  • the second conductive resin layer preferably contains a polyolefin resin.
  • the polyolefin resin those described in the first conductive resin layer can be appropriately selected and used.
  • the weight ratio of the polyolefin resin contained in the second conductive resin layer is preferably 50 to 90% by weight based on the weight of the second conductive resin layer.
  • the weight ratio of the polyolefin resin is in the above range, the moldability is good and it is suitable for thinning.
  • the second conductive resin layer may contain a conductive material different from that of the second conductive filler.
  • the conductive material those described in the first conductive resin layer can be appropriately selected and used.
  • the second conductive resin layer may further contain, if necessary, other components in addition to the polyolefin resin and the second conductive filler.
  • other components those described in the first conductive resin layer can be appropriately selected and used.
  • the total amount of the other components added is preferably 0.001 to 5 parts by weight, more preferably 0.001 to 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the second conductive resin layer. Is.
  • the thickness of the second conductive resin layer is preferably 25 to 65 ⁇ m. Within the above range, both thinning and the strength of the resin current collector can be suitably compatible.
  • the thickness of the second conductive resin layer is more preferably 25 to 60 ⁇ m, and even more preferably 25 to 50 ⁇ m.
  • Resin collector for a lithium ion battery is preferably electrical resistance (penetration resistance) of 40 [Omega ⁇ cm 2 or less, more preferably 35 ⁇ ⁇ cm 2 or less, it is 30 [Omega ⁇ cm 2 or less Is more preferable, and 25 ⁇ ⁇ cm 2 or less is particularly preferable.
  • the electrical resistance value can be measured by the following method.
  • a test piece is sandwiched between them, and the resistance value is measured while applying a load of 2.16 kg to the electrodes.
  • the value obtained by multiplying the value 60 seconds after the weighting by the contact area between the electrode and the test piece (3.14 cm 2 ) can be used as the electric resistance value in the thickness direction.
  • the electrical resistance measuring instrument [IMC-0240, manufactured by Imoto Seisakusho Co., Ltd.] sandwiches a test piece conforming to the device used for measuring volumetric electrical resistance in the thickness direction in JIS K 6378-5 between positive and negative electrodes. It is a device for measuring the resistance value in.
  • the resin collector for a lithium ion battery can sufficiently reduce the electric resistance value (penetration resistance value). Further, by providing a first conductive resin layer containing a conductive carbon having a high true density and a second conductive resin layer containing a conductive filler having a low true density on the first conductive resin layer, it is filled. The volume change due to discharge can be reduced, and the conductivity does not decrease due to the cutting of the conductive path. Therefore, the resin collector for the lithium ion battery can suppress the deterioration of the cycle characteristics of the lithium ion battery.
  • the first surface is composed of a first conductive resin layer containing a first conductive filler
  • the second surface is a second conductive resin layer containing a second conductive filler.
  • the first conductive filler is a conductive carbon having a true density of 1.1 to 1.8 g / cm 3
  • the filler is a conductive carbon having a true density of 2.0 to 2.5 g / cm 3
  • a method for obtaining the first conductive resin composition a method of obtaining a masterbatch of the first conductive filler and then further mixing with the polyolefin resin, a polyolefin resin, a first conductive filler, and if necessary, other methods.
  • a method using a masterbatch of the components a method of mixing all the raw materials at once, and the like, and for the mixing, a pellet-like or powder-like component is appropriately known as a known mixer, for example, a kneader or an internal mixer. , Banbury mixer, roll and the like can be used.
  • the order of addition of each component at the time of mixing is not particularly limited.
  • the obtained mixture may be further pelletized or powdered by a pelletizer or the like.
  • the same method is applied in the method for obtaining the first conductive resin composition except that the first conductive filler is changed to the second conductive filler. Can be done.
  • the method for manufacturing a resin collector for a lithium ion battery includes a step of co-extruding and laminating a first conductive resin composition and a second conductive resin composition. By having the above steps, the interfacial resistance value between the first conductive resin layer and the second conductive resin layer can be reduced.
  • the method for coextrusion is not particularly limited, and a known method such as a T-die method or an inflation method can be appropriately used.
  • the resin collector for a lithium ion battery is preferably used with the second conductive resin layer on the side not in contact with the electrode active material and the first conductive resin layer on the side in contact with the electrode active material. By using it in this way, it is possible to suitably impart electrical characteristics and preferably suppress volume changes due to charging and discharging. Further, when a lithium ion battery using a resin collector for a lithium ion battery is used as a bipolar battery, the contact resistance value is suitably reduced by having the first conductive resin layer on the side in contact with the electrode active material. can do.
  • the resin collector for a lithium ion battery can be used as either a resin collector for a negative electrode or a resin collector for a positive electrode.
  • the resin collector for a lithium ion battery can be applied to a known lithium ion battery. That is, known materials can be used as materials for the positive electrode active material, the negative electrode active material, the electrolytic solution, the separator and the like.
  • the positive electrode active material may be a coated positive electrode active material in which the positive electrode active material is coated with a resin such as an acrylic resin
  • the negative electrode active material may be a negative electrode active material in which the negative electrode active material is coated with a resin such as an acrylic resin. It may be a coated negative electrode active material.
  • Example 3-1 ⁇ 1st conductive filler and 2nd conductive filler>
  • the materials shown in Table 3-1 were prepared as the first conductive filler and the second conductive filler.
  • HC indicates hard carbon
  • AB indicates acetylene black.
  • the true density and crystallite size were measured using the methods described herein.
  • Example 3-1 30% by weight of the first conductive filler (HC), 66.5% by weight of the polyolefin resin, and 3.5% by weight of the dispersant under the conditions of 180 ° C., 100 rpm, and a residence time of 5 minutes using a twin-screw extruder.
  • the first conductive resin composition was prepared by melt-kneading.
  • 30% by weight of the second conductive filler (AB), 66.5% by weight of the polyolefin resin, and 3.5% by weight of the dispersant were mixed at 180 ° C., 100 rpm, and a residence time of 5 minutes using a twin-screw extruder.
  • the second conductive resin composition was prepared by melt-kneading under the conditions of.
  • a first conductive resin composition and a second conductive resin composition are coextruded from a T-die to obtain a resin collector for a lithium ion battery including a first conductive resin layer and a second conductive resin layer.
  • the manufactured resin collector for lithium-ion batteries was cut into strips of 3 cm x 10 cm to form test pieces for measurement, and an electrical resistance measuring instrument [IMC-0240 type, manufactured by HIOKI] connected to a resistance meter [RM3548, manufactured by HIOKI] was manufactured by Imoto Seisakusho.
  • IMC-0240 type manufactured by HIOKI
  • RM3548 resistance meter
  • Imoto Seisakusho A test piece is sandwiched between the electrodes of [manufactured by Co., Ltd.], the resistance value is measured while applying a load of 2.16 kg to the electrodes, and the value 60 seconds after the load of 2.16 kg is applied is the resin current collector.
  • the resistance value was set to.
  • Penetration resistance value ( ⁇ ⁇ cm 2 ) resistance value ( ⁇ ) ⁇ 3.14 (cm 2 )
  • An electrolytic solution was prepared by dissolving LiN (FSO 2 ) 2 in a mixed solvent (volume ratio 1: 1) of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) at a ratio of 1 mol / L.
  • a flat plate-shaped cell guard 2500 (made of PP, 25 ⁇ m thick) was cut into a 14 mm ⁇ 14 mm square to form a separator main body.
  • a resin current collector for a lithium ion battery produced by the method of Example 3-1 is prepared, and a positive electrode active material slurry is applied to the surface on the side having the first conductive resin layer to obtain a positive electrode active material having a thickness of 300 ⁇ m. Layers were made.
  • the resin collector for a lithium ion battery produced by the method of Example 3-1 was prepared, and the negative electrode active material slurry was applied to the surface having the first conductive resin layer to have a thickness of 300 ⁇ m.
  • a negative electrode active material layer was prepared. The separators arranged on the frame-shaped member were stacked with the surface on which the positive electrode active material layer was formed facing up.
  • the separator arranged on the frame-shaped member was inverted and superposed on the surface on which the negative electrode active material layer was formed.
  • Three sides of the seal layer of the frame-shaped member (the part where the frame-shaped member is in contact with the resin collector of the positive electrode or the resin collector of the negative electrode) are heat-sealed, and the remaining one side is vacuum-sealed and bonded. A lithium ion cell was obtained.
  • the produced lithium-ion cell was charged after being completely discharged, and the voltage was confirmed and adjusted to SOC 50%. Then, it was discharged at 0.1C for 10 seconds.
  • the DC resistance value was measured from the current value I 0.1C corresponding to 0.1C and the voltage change ⁇ V 0.1C between the voltage after charging and the voltage after discharging. From the above measurement results, the resistance value ( ⁇ ) can be calculated according to Ohm's law.
  • the area resistance value ( ⁇ ⁇ cm 2 ) was calculated by multiplying this by the electrode area (the area of the positive electrode active material layer), and this was taken as the initial area resistance value ( ⁇ ⁇ cm 2 ).
  • the voltage was confirmed and adjusted to SOC 50%. Then, it was discharged at 0.1C for 10 seconds.
  • the DC resistance value was measured from the current value I 0.1C corresponding to 0.1C and the voltage change ⁇ V 0.1C between the voltage after charging and the voltage after discharging.
  • the area resistance value ( ⁇ ⁇ cm 2 ) was calculated in the same manner as the initial area resistance value, and this was used as the 10th area resistance value ( ⁇ ⁇ cm 2 ).
  • Examples 3-2 to 3-9, Comparative Examples 3-1 to 3-3) A resin collector for a lithium ion battery was prepared in the same manner as in Example 3-1 except that the first conductive resin composition and the second conductive resin composition were changed as shown in Table 3-2. Made. Then, the penetration resistance value of the resin current collector for the lithium ion battery was measured in the same manner as in Example 3-1. Further, in the same manner as in Example 3-1 a lithium ion cell cell provided with a resin collector for a lithium ion battery produced in Examples 3-2-3-9 and Comparative Examples 3-1 to 3-3 was produced. Then, the resistance change rate was measured in the same manner as in Example 3-1. The results are shown in Table 3-2.
  • the penetration resistance value was low. Further, in the lithium ion battery provided with the resin collector for the lithium ion battery according to Examples 3-1 to 3-9, the resistance change rate was small. From this result, it is determined that in the resin current collectors for lithium ion batteries according to Examples 3-1 to 3-9, the volume did not change and the conductive path was not cut. Therefore, in the resin collector for lithium ion batteries according to Examples 3-1 to 3-9, the volume change of the resin collector due to charging and discharging can be reduced, and the cycle characteristics of the lithium ion battery are deteriorated. It can be suppressed.
  • coated electrode active material particles for a lithium ion battery that can be used in the lithium ion battery of the present invention will be described.
  • the coated electrode active material particles for a lithium ion battery described below can also be used in a lithium ion battery other than the lithium ion battery of the present invention.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-160294 describes a monomer composition containing an ester compound of a monovalent aliphatic alcohol having 1 to 12 carbon atoms and (meth) acrylic acid and an anionic monomer.
  • a non-aqueous secondary battery active material coating resin composition containing a polymer having an acid value of 30 to 700 and a coating layer containing the above active material coating resin composition are activated.
  • a coating active material for a non-aqueous secondary battery having at least a part of the surface of the material is disclosed.
  • the resin composition for coating an active material disclosed in Patent Document 1 has room for improvement from the viewpoint of cycle characteristics and rate characteristics of a lithium ion battery.
  • the coated electrode active material particles for a lithium ion battery described below are coated electrode active material particles in which at least a part of the surface of the electrode active material particles is coated with a coating layer, and the coating layer is a polyelectrolyte composition.
  • the above-mentioned polyelectrolyte composition contains the monomer (m1) represented by the following general formula (1) and / or the monomer (m2) represented by the following general formula (2) and the following general formula ( A polymer (P) of a monomer composition containing the monomer (m3) represented by 3) and a lithium salt are contained, and the above-mentioned monomer (m1) and the above-mentioned single amount in the above-mentioned monomer composition are contained.
  • the total weight ratio with the body (m2) is 10 to 60% by weight based on the weight of the monomer composition, and the weight ratio of the monomer (m3) in the monomer composition is the single amount. It is 40 to 90% by weight based on the weight of the body composition, and the weight ratio of the polymer (P) is 70 to 90% by weight based on the weight of the polyelectrolyte composition, and the weight of the lithium salt.
  • the ratio is 10 to 30% by weight based on the weight of the polyelectrolyte composition, and the weight ratio of the polyelectrolyte composition is 1 to 6% by weight based on the weight of the coated electrode active material particles. Coated electrode active material particles for lithium ion batteries.
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 2 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • X 1 represents an alkylene group having 1 to 2 carbon atoms.
  • R 3 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • R 4 is a hydrogen atom, an alkyl group having 4 to 12 carbon atoms, or an alkyl having 2 to 6 carbon atoms having a (meth) acryloyl group at the end. Represents a group.
  • the coated electrode active material particles for a lithium ion battery, a lithium ion battery having excellent cycle characteristics and rate characteristics can be obtained.
  • the coated electrode active material particles for a lithium ion battery are coated electrode active material particles in which at least a part of the surface of the electrode active material particles is coated with a coating layer, and the coating layer contains a polyelectrolyte composition and has a high content.
  • the molecular electrolyte composition is represented by the monomer (m1) represented by the following general formula (1) and / or the monomer (m2) represented by the following general formula (2) and the following general formula (3).
  • the above-mentioned monomer (m1) and the above-mentioned monomer (m2) in the above-mentioned monomer composition contain a polymer (P) and a lithium salt of the monomer composition containing the above-mentioned monomer (m3).
  • the total weight ratio with the above is 10 to 60% by weight based on the weight of the above-mentioned monomer composition, and the weight ratio of the above-mentioned monomer (m3) in the above-mentioned monomer composition is the above-mentioned monomer composition.
  • the weight ratio of the polymer (P) is 70 to 90% by weight based on the weight of the polyelectrolyte composition, and the weight ratio of the lithium salt is high. It is 10 to 30% by weight based on the weight of the molecular electrolyte composition, and the weight ratio of the polyelectrolyte composition is 1 to 6% by weight based on the weight of the coated electrode active material particles.
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 2 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • X 1 represents an alkylene group having 1 to 2 carbon atoms.
  • R 3 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • R 4 is a hydrogen atom, an alkyl group having 4 to 12 carbon atoms, or an alkyl having 2 to 6 carbon atoms having a (meth) acryloyl group at the end. Represents a group.
  • Examples of the monomer (m1) represented by the general formula (1) include vinylpyrrolidone and ⁇ -methylvinylpyrrolidone.
  • the monomer (m1) one kind of monomer may be used, or two or more kinds may be used.
  • Examples of the monomer (m2) represented by the above general formula (2) include (2-oxo-1,3-dioxolane-4-yl) methyl acrylate and (2-oxo-1,3-dioxolane-4-yl). Il) methyl methacrylate, (2-oxo-1,3-dioxolan-4-yl) ethyl acrylate, (2-oxo-1,3-dioxolan-4-yl) ethyl methacrylate and the like can be mentioned.
  • the monomer (m2) one kind of monomer may be used, or two or more kinds may be used.
  • Examples of the monomer (m3) represented by the general formula (3) include (meth) acrylic acid, 2-ethylhexyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, butyl methacrylate, 1,6-hexanediol dimethacrylate and the like. ..
  • the monomer (m3) one kind of monomer may be used, or two or more kinds may be used.
  • coated electrode active material particles for a lithium ion battery are coated electrode active material particles in which at least a part of the surface of the electrode active material particles is coated with a coating layer.
  • the coated layer contains a polyelectrolyte composition.
  • the polyelectrolyte composition contains a polymer (P) of a monomer composition containing the monomer (m1) and / or the monomer (m2) and the monomer (m3).
  • the total weight ratio of the monomer (m1) and the monomer (m2) in the monomer composition is 10 to 60% by weight based on the weight of the monomer composition.
  • the polymer ( The ionic conductivity of P) deteriorates, and when it exceeds 60% by weight, the electrolyte resistance solubility of the polymer (P) deteriorates.
  • the total weight ratio of the monomer (m1) and the monomer (m2) in the monomer composition is 20 based on the weight of the monomer composition. It is preferably ⁇ 55% by weight, more preferably 20-50% by weight.
  • the weight ratio of the monomer (m3) in the monomer composition is 40 to 90% by weight based on the weight of the monomer composition.
  • the weight ratio of the monomer (m3) in the monomer composition is less than 40% by weight based on the weight of the monomer composition, the polymer (P) becomes hard and the ionic conductivity deteriorates.
  • the lithium salt described later is partially precipitated and the ionic conductivity of the polymer (P) deteriorates.
  • the weight ratio of the monomer (m3) in the monomer composition is preferably 45 to 80% by weight, preferably 50 to 80% by weight, based on the weight of the monomer composition. More preferably, it is 80% by weight.
  • the monomer composition may contain a monomer other than the monomers (m1), (m2) and (m3) as long as the physical properties are not impaired.
  • the weight ratio of the monomers other than the monomers (m1), (m2) and (m3) in the monomer composition is the monomer composition. It is preferably 5% by weight or less based on the weight of the object.
  • the absolute molecular weight of the polymer (P) contained in the polyelectrolyte composition is preferably 15,000 to 100,000 from the viewpoint of the strength and flexibility of the polyelectrolyte composition.
  • a gel permeation chromatography (GPC) multi-angle light scattering detector (MALS) or static light scattering (SLS) can be used.
  • MALS multi-angle light scattering detector
  • SLS static light scattering
  • the absolute molecular weight was measured using SLS.
  • the measurement conditions for the absolute molecular weight are as follows.
  • the solvent used in this measurement is not particularly limited as long as it dissolves the polymer (P).
  • the refractive index concentration gradient (dn / dc) of each sample can be measured by using the differential refractive index measurement DRM-3000 attached to DLS-8000DLS.
  • the weight ratio of the polymer (P) contained in the polyelectrolyte composition is 70 to 90% by weight based on the weight of the polyelectrolyte composition.
  • a lithium salt is partially added to the polyelectrolyte composition. The precipitation destabilizes the battery performance, and if it exceeds 90% by weight, the ionic conductivity of the polyelectrolyte composition deteriorates.
  • the weight ratio of the polymer (P) contained in the polymer electrolyte composition is preferably 75 to 85% by weight.
  • the polymer (P) uses the above-mentioned monomer composition as a known polymerization initiator ⁇ azo-based initiator [2,2'-azobis (2-methylpropionitrile), 2,2'-azobis (2,). 4-Dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis (2-methylbutyronitrile), etc.], polymerization initiators (benzoyl peroxide, dit-butyl peroxide, lauryl peroxide, etc.) ⁇ It can be produced by polymerization by a known polymerization method (lumpy polymerization, solution polymerization, emulsion polymerization, suspension polymerization, etc.).
  • the amount of the polymerization initiator used is preferably 0.01 to 5% by weight, more preferably 0.03 to 2% by weight, and further, based on the total weight of the monomers, from the viewpoint of adjusting the absolute molecular weight to a preferable range. It is preferably 0.04 to 1.5% by weight.
  • the polymerization temperature and the polymerization time are adjusted according to the type of the polymerization initiator and the like, but the polymerization temperature is preferably ⁇ 5 to 150 ° C. (more preferably 30 to 120 ° C.), and the reaction time is preferably 0.1 to It takes 50 hours (more preferably 2 to 24 hours).
  • Solvents used in the case of solution polymerization include, for example, esters (2 to 8 carbon atoms, such as ethyl acetate and butyl acetate), alcohols (1 to 8 carbon atoms, such as methanol, ethanol and octanol), and hydrocarbons (carbon atoms). Examples thereof include 4 to 8, for example, n-butane, cyclohexane and toluene), amides (for example, N, N-dimethylformamide) and ketones (for example, methyl ethyl ketone having 3 to 9 carbon atoms), and the absolute molecular weight is adjusted to a preferable range.
  • the amount used is preferably 5 to 900% by weight, more preferably 10 to 400% by weight, still more preferably 30 to 300% by weight, based on the total weight of the monomers.
  • the monomer concentration is preferably 10 to 95% by weight, more preferably 20 to 90% by weight, still more preferably 30 to 80% by weight.
  • Examples of the dispersion medium in emulsification polymerization and suspension polymerization include water, alcohol (for example, ethanol), ester (for example, ethyl propionate), and light naphtha, and examples of the emulsifier include higher fatty acid (10 to 24 carbon atoms) metal salt.
  • alcohol for example, ethanol
  • ester for example, ethyl propionate
  • emulsifier include higher fatty acid (10 to 24 carbon atoms) metal salt.
  • higher alcohol (10 to 24 carbon atoms) sulfate ester metal salt for example, sodium lauryl sulfate
  • tetramethyldecine ethoxylated sodium sulfoethyl methacrylate, dimethylaminomethyl methacrylate, etc.
  • polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone and the like may be added as stabilizers.
  • the monomer concentration of the solution or dispersion is preferably 5 to 95% by weight, more preferably 10 to 90% by weight, even more preferably 15 to 85% by weight, and the amount of the polymerization initiator used is based on the total weight of the monomer. It is preferably 0.01 to 5% by weight, more preferably 0.05 to 2% by weight.
  • chain transfer agents such as mercapto compounds (dodecyl mercaptan, n-butyl mercaptan, etc.) and / or halogenated hydrocarbons (carbon tetrachloride, carbon tetrabromide, benzyl chloride, etc.) can be used. ..
  • the above-mentioned polyelectrolyte composition contains a lithium salt.
  • the lithium salt include LiSCN, LiN (CN) 2 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (CF 3 SO 2 ) 3 C.
  • LiSbF 6 Li (FSO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , LiPF 3 (CF 2 CF 3 ) 3 , LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , Examples thereof include LiPF 3 (CF 3 ) 3 , LiCl, LiF, LiBr, LiI, LiB (C 2 O 4 ) 2 , lithium difluoro (oxalate) borate and lithium bis (oxalate) borate.
  • the lithium salt may be one kind or a mixture of two or more kinds. Of these, LiPF 6 or Li (FSO 2 ) 2 N is preferable.
  • the weight ratio of the lithium salt contained in the polyelectrolyte composition is 10 to 30% by weight based on the weight of the polyelectrolyte composition.
  • the weight ratio of the lithium salt contained in the polyelectrolyte composition is less than 10% by weight based on the weight of the polyelectrolyte composition, the polyelectrolyte composition does not conduct ion conduction and is 30% by weight. If it exceeds, salt is partially precipitated and the battery reaction on the facing surface becomes non-uniform.
  • the weight ratio of the lithium salt contained in the polyelectrolyte composition is preferably 15 to 25% by weight based on the weight of the polyelectrolyte composition.
  • the above-mentioned polymer electrolyte composition may further contain additives such as plasticizers, stabilizers, antioxidants and mold release agents used in known polymer compounds.
  • the glass transition temperature of the above-mentioned polymer electrolyte composition is preferably ⁇ 60 to 20 ° C, more preferably ⁇ 50 to 0 ° C.
  • the glass transition temperature of the polyelectrolyte composition can be adjusted by the weight ratio of the lithium salt contained in the polyelectrolyte composition.
  • the polymer (P) and the like for example, differential scanning calorimetry (DSC) can be used.
  • the glass transition temperature is measured by the method specified in ASTM D3418-82 (DSC method). The measurement conditions are described below.
  • Sample pan Aluminum Measurement atmosphere: Nitrogen 50 mL / min Temperature program: (1) Raise to 50 ° C at 10 ° C / min (2) Hold at 50 ° C for 10 minutes (3) Cool to -80 ° C at 10 ° C / min (4) Hold at -80 ° C for 10 minutes (5) 10 ° C Heat up to 50 ° C at / min From the differential scanning calorific value curve obtained by the above measurement, draw a graph with the vertical axis as the amount of heat absorption and the horizontal axis as the temperature, and extend the baseline on the low temperature side of the graph to the high temperature side. The temperature at the intersection of the straight line and the tangent drawn at the point where the slope of the curve of the stepped change portion of the glass transition is maximized is defined as the glass transition temperature.
  • the method for producing the above-mentioned polyelectrolyte composition is not particularly limited, and for example, a predetermined organic solvent capable of dissolving both the above-mentioned polymer (P) and the above-mentioned lithium salt and the above-mentioned polymer (P) and the above-mentioned lithium salt is specified. After mixing in proportions, it can be obtained by removing the solvent if necessary.
  • the above mixing is preferably performed by a conventionally known method, for example, a mixer such as a homomixer, a homodisper, a wave blower, a homogenizer, a disperser, a paint conditioner, a ball mill, a magnetic stirrer, or a mechanical stirrer.
  • the organic solvent capable of dissolving both the polymer (P) and the lithium salt is not particularly limited, but for example, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone and the like.
  • Aprotonic polar solvents such as N-alkylpyrrolidones, dimethylsulfoxide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, ester solvents such as ⁇ -butyrolactone and butyl acetate, and carbonate solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate.
  • Ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, alkylene glycol monoalkyl ether such as propylene glycol monoethyl ether, alcohol solvent such as isopropyl alcohol, water and a mixture thereof are preferably used.
  • the aprotic polar solvent has the highest solubility and is preferable.
  • the coated electrode active material particles for a lithium ion battery are coated electrode active material particles in which at least a part of the surface of the electrode active material particles is coated with a coating layer.
  • the electrode active material particles include positive electrode active material particles and negative electrode active material particles.
  • the coated electrode active material particles may be either coated positive electrode active material particles or coated negative electrode active material particles.
  • the positive electrode active material particles are not particularly limited as long as they can be used as the positive electrode active material of the lithium ion battery.
  • composite oxide of lithium and transition metal ⁇ composite oxide is a transition metal is one (LiCoO 2, LiNiO 2, LiAlMnO 4, LiMnO 2 and LiMn 2 O 4, etc.), transition metal elements
  • There composite oxide is a two (e.g. LiFeMnO 4, LiNi 1-x Co x O 2, LiMn 1-y Co y O 2, LiNi 1/3 Co 1/3 Al 1/3 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2) and the metal element is three or more in a composite oxide [e.g.
  • lithium-containing transition metal phosphates for example, LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiMnPO 4 and LiNiPO). 4
  • transition metal oxides eg MnO 2 and V 2 O 5
  • transition metal sulfides eg MoS 2 and TiS 2
  • conductive polymers eg polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene and poly-p-phenylene.
  • polyvinylcarbazole and the like, and two or more kinds may be used in combination.
  • the lithium-containing transition metal phosphate may be one in which a part of the transition metal site is replaced with another transition metal.
  • the negative electrode active material particles are not particularly limited as long as they can be used as the negative electrode active material of the lithium ion battery.
  • Examples of the negative electrode active material particles include carbon-based materials [graphite, refractory carbon, amorphous carbon, fired resin (for example, phenol resin, furan resin, etc. baked and carbonized), cokes (for example, pitch coke, etc.).
  • silicon-based materials silicon, silicon oxide (SiOx), silicon-carbon composite (carbon particles whose surface is coated with silicon and / or silicon carbide, silicon particles or Silicon oxide particles whose surface is coated with carbon and / or silicon carbide, silicon carbide, etc.) and silicon alloys (silicon-aluminum alloys, silicon-lithium alloys, silicon-nickel alloys, silicon-iron alloys, silicon-titanium alloys, etc.
  • the negative electrode active material particles those containing no lithium or lithium ion inside may be pre-doped with a part or all of the negative electrode active material particles containing lithium or lithium ion in advance.
  • the volume average particle size of the electrode active material particles is preferably 0.1 to 100 ⁇ m, more preferably 1 to 50 ⁇ m, and even more preferably 2 to 20 ⁇ m from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery.
  • the volume average particle size of the electrode active material particles means the particle size (Dv50) at an integrated value of 50% in the particle size distribution obtained by the microtrack method (also referred to as laser diffraction / scattering method).
  • the microtrack method is a method for obtaining a particle size distribution using scattered light obtained by irradiating particles with laser light.
  • a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device [Microtrac manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd.] can be used for measuring the volume average particle size.
  • the coating layer preferably contains a conductive auxiliary agent from the viewpoint of internal resistance of the battery and the like.
  • the conductive auxiliary agent is preferably selected from materials having conductivity.
  • Preferred conductive aids are metals [aluminum, stainless steel (SUS), silver, gold, copper and titanium, etc.], carbon [graphite and carbon black (acetylene black, ketjen black, furnace black, channel black and thermal lamps). Black, etc.), etc.], and mixtures thereof, etc. may be mentioned.
  • These conductive auxiliaries may be used alone or in combination of two or more. Further, it may be used as these alloys or metal oxides.
  • a conductive material preferably a metal one among the above-mentioned conductive auxiliaries
  • a conductive material may be coated around a particle-based ceramic material or a resin material by plating or the like.
  • the shape (form) of the conductive auxiliary agent is not limited to the particle form, and may be a form other than the particle form, and is a form practically used as a so-called filler-based conductive auxiliary agent such as carbon nanofibers and carbon nanotubes. You may.
  • the average particle size of the conductive auxiliary agent is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 10 ⁇ m from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery.
  • the “particle size of the conductive auxiliary agent” means the maximum distance L among the distances between arbitrary two points on the contour line of the conductive auxiliary agent.
  • an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) is used, and the average value of the particle size of the particles observed in several to several tens of fields is used. The calculated value shall be adopted.
  • the ratio of the polymer (P) constituting the coating layer to the conductive auxiliary agent is not particularly limited, but from the viewpoint of the internal resistance of the battery and the like, the polymer is a weight ratio.
  • the conductive auxiliary agent is preferably 1: 0.01 to 1:50, more preferably 1: 0.2 to 1: 3.0.
  • the weight ratio of the polymer electrolyte composition in the coating layer is preferably 30 to 70% by weight. When the weight ratio of the polymer electrolyte composition in the coating layer is in the above range, the balance between conductivity and ionic conductivity is good.
  • the weight ratio of the polymer electrolyte composition in the coating layer is more preferably 32 to 65% by weight, still more preferably 35 to 65% by weight. Conductive aids are not included in the weight of the polyelectrolyte composition.
  • the weight ratio of the polymer electrolyte composition is 1 to 6% by weight based on the weight of the coated electrode active material particles. If the weight ratio of the polymer electrolyte composition is less than 1% by weight based on the weight of the coated electrode active material particles, the rate characteristics of the lithium ion battery provided with the coated electrode active material particles may deteriorate. In addition, the binding of the conductive auxiliary agent cannot be maintained, which causes an increase in internal resistance. If it exceeds 6% by weight, the amount of resin is large and causes an increase in internal resistance.
  • the weight ratio of the polymer electrolyte composition is preferably 1.5 to 5.5% by weight, more preferably 2.0 to 5.0% by weight, based on the weight of the coated electrode active material particles. be.
  • the coated electrode active material particles can be produced by mixing the polyelectrolyte composition constituting the coating layer, the electrode active material particles, and the conductive auxiliary agent used as needed.
  • the order in which the polymer electrolyte composition constituting the coating layer, the electrode active material particles, and the conductive auxiliary agent are mixed is not particularly limited, and for example, from the polymer electrolyte composition constituting the coating layer and the conductive auxiliary agent mixed in advance.
  • the resin composition may be further mixed with the electrode active material particles, or the polymer electrolyte composition, the electrode active material particles and the conductive auxiliary agent may be mixed at the same time, or the electrode active material particles may be mixed with the polymer electrolyte composition.
  • the material may be mixed, and then a conductive auxiliary agent may be further mixed.
  • the coated electrode active material particles can be obtained by coating the electrode active material particles with a polymer electrolyte composition.
  • the electrode active material particles are placed in a universal mixer and stirred at 30 to 500 rpm.
  • the resin solution containing the polyelectrolyte composition was added dropwise over 1 to 90 minutes, and if necessary, a conductive auxiliary agent was mixed, and the temperature was raised to 50 to 200 ° C. with stirring to 0.007 to 0. It can be obtained by reducing the pressure to 04 MPa and then holding the mixture for 10 to 150 minutes.
  • the coated electrode active material particles may be coated positive electrode active material particles or coated negative electrode active material particles, and may be coated positive electrode active material particles and coated negative electrode active material particles.
  • the lithium ion battery includes the coated positive electrode active material particles and / or the coated negative electrode active material particles, and includes a positive electrode containing the coated positive electrode active material particles and / or a negative electrode containing the coated negative electrode active material particles. It is more preferable to have a positive electrode containing the coated positive electrode active material particles and a negative electrode containing the coated negative electrode active material particles.
  • Examples of the lithium ion battery including the coated positive electrode active material particles include a lithium ion battery including a positive electrode having a positive electrode active material layer containing a coated positive electrode active material particle and an electrolytic solution containing an electrolyte and a solvent.
  • the positive electrode active material layer is preferably made of a non-bonded body of the coated positive electrode active material particles.
  • the non-binding body of the coated positive electrode active material particles means that the position of the coated positive electrode active material particles is not fixed by a binder (also referred to as a binder). That is, the coated positive electrode active material particles are in a state of being able to move in response to an external force.
  • the coated positive electrode active material particles are not irreversibly fixed by the binder.
  • Irreversible fixation means that the coated positive electrode active material particles are adhered and fixed to each other by the following known solvent-drying type binder for lithium ion batteries, and the coated positive electrode active material particles adhered and fixed to each other. It is necessary to mechanically break the interface between the coated positive electrode active material particles in order to separate the particles.
  • the coated positive electrode active material particles can be separated without mechanically breaking the interface. The same applies to the case where the negative electrode active material layer described later is made of a non-bonded body of the coated negative electrode active material particles.
  • the positive electrode active material layer preferably does not contain a solvent-drying binder.
  • the solvent-drying binder include known binders for lithium ion batteries such as starch, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, styrene-butadiene rubber, polyethylene and polypropylene. .. These binders are used by dissolving or dispersing in a solvent, and by volatilizing and distilling off the solvent, the surface is solidified without showing adhesiveness, and the coated positive electrode active material particles and the coated positive electrode active material particles are used. It firmly fixes the current collector.
  • an electrolyte used in a known electrolytic solution can be used, for example, a lithium salt of an inorganic anion such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 and LiN (FSO 2 ) 2, LiN.
  • a lithium salt of an inorganic anion such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 and LiN (FSO 2 ) 2, LiN.
  • lithium salts of organic anions such as (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 and LiC (CF 3 SO 2 ) 3.
  • LiN (FSO 2 ) 2 is preferable from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.
  • a non-aqueous solvent used in a known electrolytic solution can be used, and for example, a lactone compound, a cyclic or chain carbonate ester, a chain carboxylic acid ester, a cyclic or chain ether, a phosphoric acid ester, or a nitrile compound can be used.
  • a lactone compound a cyclic or chain carbonate ester, a chain carboxylic acid ester, a cyclic or chain ether, a phosphoric acid ester, or a nitrile compound
  • Amid compounds, sulfones, sulfolanes and mixtures of two or more thereof can be used.
  • lactone compound examples include a 5-membered ring ( ⁇ -butyrolactone, ⁇ -valerolactone, etc.) and a 6-membered ring ( ⁇ -valerolactone, etc.) lactone compound.
  • Examples of the cyclic carbonic acid ester include propylene carbonate, ethylene carbonate (EC) and butylene carbonate (BC).
  • Examples of the chain carbonate ester include dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), diethyl carbonate (DEC), methyl-n-propyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate, di-n-propyl carbonate and the like. ..
  • chain carboxylic acid ester examples include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate and the like.
  • Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane and the like.
  • Examples of the chain ether include dimethoxymethane and 1,2-dimethoxyethane.
  • Examples of the phosphoric acid ester include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, ethyl dimethyl phosphate, diethyl methyl phosphate, tripropyl phosphate, tributyl phosphate, tri (trifluoromethyl) phosphate, and tri (trichloromethyl) phosphate.
  • Examples of the nitrile compound include acetonitrile and the like.
  • Examples of the amide compound include N, N-dimethylformamide (DMF) and the like.
  • Examples of the sulfone include dimethyl sulfone and diethyl sulfone.
  • One of these solvents may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
  • the flash point of the solvent in the electrolytic solution is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 120 ° C. or higher, and further preferably 130 ° C. or higher, from the viewpoint of preventing heat generation and expansion of the lithium ion battery. preferable.
  • the flash point of the solvent in the electrolytic solution may be 160 ° C. or lower.
  • the flash point of the solvent is the temperature measured by the tag sealing method specified in JIS K 2265-1-2007.
  • At least one selected from the group consisting of dimethyl carbonate, propylene carbonate and ethylene carbonate is preferable, and propylene carbonate and / or ethylene carbonate is more preferable.
  • the positive electrode active material layer may further contain a conductive auxiliary agent in addition to the conductive auxiliary agent contained in the coating layer of the coated positive electrode active material particles as needed.
  • the conductive auxiliary agent contained in the coating layer as needed is integrated with the coated positive electrode active material particles, whereas the conductive auxiliary agent contained in the positive electrode active material layer is contained separately from the coated positive electrode active material particles. Can be distinguished by.
  • the conductive auxiliary agent that may be contained in the positive electrode active material layer those described in the above-mentioned coated electrode active material particles can be used.
  • the positive electrode active material layer contains a conductive auxiliary agent
  • the conductive auxiliary agent contained in the positive electrode active material layer may be the same as or different from the conductive auxiliary agent contained in the coating layer.
  • the total content of the conductive auxiliary agent contained in the positive electrode and the conductive auxiliary agent contained in the coating layer is the weight obtained by removing the electrolytic solution from the positive electrode active material layer. It is preferably less than 10% by weight, more preferably less than 7% by weight.
  • the total content of the conductive auxiliary agent contained in the positive electrode and the conductive auxiliary agent contained in the coating layer is preferably 1% by weight or more based on the weight of the positive electrode active material layer excluding the electrolytic solution.
  • the thickness of the positive electrode active material layer is preferably 150 to 600 ⁇ m, more preferably 200 to 450 ⁇ m from the viewpoint of battery performance.
  • the positive electrode can be produced, for example, by applying a positive electrode slurry containing coated positive electrode active material particles and an electrolytic solution containing an electrolyte and a solvent to a current collector and then drying the positive electrode. Specifically, after applying the positive electrode slurry on the current collector with a coating device such as a bar coater, the non-woven fabric is allowed to stand on the slurry to absorb liquid, etc. to remove the solvent and press it if necessary. Examples include a method of pressing with a machine.
  • the positive electrode slurry can be produced, for example, by dispersing the coated positive electrode active material particles in the electrolytic solution.
  • the coated positive electrode active material particles contained in the positive electrode slurry are preferably 40 to 80% by weight, preferably 45 to 75% by weight, based on the weight of the positive electrode slurry, from the viewpoint of the dispersibility of the particles and the electrode moldability. Is more preferable.
  • the concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is preferably 1.2 to 5.0 mol / L, more preferably 1.5 to 4.5 mol / L, and 1.8 to 4. It is more preferably 0 mol / L, and particularly preferably 2.0 to 3.5 mol / L.
  • the positive electrode further includes a current collector, and the positive electrode active material layer is provided on the surface of the current collector.
  • the positive electrode includes a resin current collector made of a conductive polymer material, and the positive electrode active material layer is provided on the surface of the resin current collector.
  • the lithium ion battery including the coated negative electrode active material particles may be a lithium ion battery including a negative electrode including a negative electrode active material layer containing a coated negative electrode active material particles and an electrolytic solution containing an electrolyte and a solvent.
  • the negative electrode active material layer is preferably made of a non-bonded body of the coated negative electrode active material particles.
  • the non-binding body of the coated negative electrode active material particles means that the position of the coated negative electrode active material particles is not fixed by the binder. That is, the coated negative electrode active material particles are in a state of being able to move in response to an external force.
  • the negative electrode active material layer preferably does not contain a solvent-drying binder.
  • the solvent-drying binder include the above-mentioned known binders for lithium ion batteries. These binders are used by dissolving or dispersing in a solvent, and by volatilizing and distilling off the solvent, the surface is solidified without showing adhesiveness, and the coated negative electrode active material particles and the coated negative electrode active material particles are used. It firmly fixes the current collector.
  • the electrolyte and the solvent contained in the electrolytic solution those described in the above-mentioned positive electrode can be used.
  • the negative electrode active material layer may further contain a conductive auxiliary agent in addition to the conductive auxiliary agent contained in the coated layer of the coated negative electrode active material particles as needed.
  • the conductive auxiliary agent contained in the coating layer as needed is integrated with the coated negative electrode active material particles, whereas the conductive auxiliary agent contained in the negative electrode active material layer is contained separately from the coated negative electrode active material particles. Can be distinguished by.
  • the conductive auxiliary agent that may be contained in the negative electrode active material layer those described in the above-mentioned coated electrode active material particles can be used.
  • the negative electrode active material layer contains a conductive auxiliary agent
  • the conductive auxiliary agent contained in the negative electrode active material layer may be the same as or different from the conductive auxiliary agent contained in the coating layer.
  • the total content of the conductive auxiliary agent contained in the negative electrode and the conductive auxiliary agent contained in the coating layer is the negative electrode active material layer excluding the weight of the electrolytic solution. It is preferably less than 20% by weight, more preferably less than 10% by weight, based on the weight of the material.
  • the total content of the conductive auxiliary agent contained in the negative electrode and the conductive auxiliary agent contained in the coating layer is 0.5% by weight or more based on the weight obtained by subtracting the weight of the electrolytic solution from the negative electrode active material layer. Is preferable.
  • the thickness of the negative electrode active material layer is preferably 150 to 600 ⁇ m, more preferably 200 to 450 ⁇ m from the viewpoint of battery performance.
  • the negative electrode can be produced, for example, by applying a negative electrode slurry containing coated negative electrode active material particles and an electrolytic solution containing an electrolyte and a solvent to a current collector and then drying the negative electrode. Specifically, after applying the negative electrode slurry on the current collector with a coating device such as a bar coater, the non-woven fabric is allowed to stand on the slurry to absorb liquid, etc. to remove the solvent and press it if necessary. Examples include a method of pressing with a machine.
  • the negative electrode further includes a current collector, and the negative electrode active material layer is provided on the surface of the current collector.
  • the negative electrode includes a resin current collector made of a conductive polymer material, and the negative electrode active material layer is provided on the surface of the resin current collector.
  • the material constituting the current collector metal materials such as copper, aluminum, titanium, stainless steel, nickel and alloys thereof, calcined carbon, conductive polymer material, conductive glass and the like are used. Can be mentioned.
  • the shape of the current collector is not particularly limited, and may be a sheet-shaped current collector made of the above-mentioned material and a deposited layer made of fine particles made of the above-mentioned material.
  • the thickness of the current collector is not particularly limited, but is preferably 50 to 500 ⁇ m.
  • the conductive polymer material constituting the resin current collector for example, a resin to which a conductive agent is added can be used.
  • the conductive agent constituting the conductive polymer material the same conductive agent as the conductive auxiliary agent which is an optional component of the coating layer can be preferably used.
  • Resins constituting the conductive polymer material include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP), polycycloolefin (PCO), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), and poly.
  • Tetrafluoroethylene PTFE
  • SBR styrene butadiene rubber
  • PAN polyacrylonitrile
  • PMA polymethyl acrylate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • epoxy resin silicone resin or 2 of these.
  • examples include a mixture of seeds or more.
  • polyethylene PE
  • PP polypropylene
  • PMP polymethylpentene
  • PCO polycycloolefin
  • PE polyethylene
  • PE polypropylene
  • PP polymethylpentene
  • PCO polycycloolefin
  • PMP polyethylene
  • the resin current collector can be obtained by a known method described in JP-A-2012-150905 and International Publication No. 2015/005116.
  • a lithium ion battery is obtained by combining electrodes to be opposite electrodes, storing the battery together with a separator in a cell container, injecting an electrolytic solution, and sealing the cell container. Further, a positive electrode is formed on one surface of the current collector and a negative electrode is formed on the other surface to prepare a bipolar (bipolar) type electrode, and the bipolar (bipolar) type electrode is laminated with a separator to form a cell container. It can also be obtained by storing, injecting electrolyte, and sealing the cell container.
  • a lithium ion battery can be obtained by using a positive electrode containing the above-mentioned coated positive electrode active material particles and / or a negative electrode containing the coated negative electrode active material particles.
  • the negative electrode when the positive electrode is a positive electrode containing coated positive electrode active material particles, the negative electrode is not particularly limited as long as it can be used as the negative electrode of the lithium ion battery, but the coated negative electrode active material particles are preferable. It is a negative electrode containing. Further, in the lithium ion battery, when the negative electrode is a negative electrode containing the coated negative electrode active material particles, the positive electrode is not particularly limited as long as it can be used as the positive electrode of the lithium ion battery, but the coated positive electrode active material is preferable. It is a positive electrode containing particles.
  • separator a porous film made of polyethylene or polypropylene, a laminated film of a porous polyethylene film and a porous polypropylene, a non-woven fabric made of synthetic fibers (polyester fiber, aramid fiber, etc.) or glass fiber, etc., and silica on the surface thereof.
  • synthetic fibers polyyester fiber, aramid fiber, etc.
  • glass fiber etc.
  • silica silica on the surface thereof.
  • separators for lithium ion batteries such as those to which ceramic fine particles such as alumina and titania are attached can be mentioned.
  • Example 10 The glass transition temperature was measured under the above conditions by the method specified in ASTM D3418-82 (DSC method). The absolute molecular weight of the polymer was measured by the static light scattering method of gel permeation chromatography (GPC).
  • ⁇ Production Example 4-1 Synthesis of polymer (P-1)> 300 parts of toluene was charged as a polymerization solvent into a 4-port corben equipped with a stirrer, a thermometer, a reflux condenser, a dropping funnel and a nitrogen gas introduction tube, and the temperature was raised to 75 ° C. Next, 30 parts of N-vinylpyrrolidone (hereinafter abbreviated as VP), 65 parts of 2-ethylhexyl acrylate (hereinafter abbreviated as EHA), 4.5 parts of acrylic acid and 1,6-hexanediol dimethacrylate (hereinafter abbreviated as HDMA) 0. .
  • VP N-vinylpyrrolidone
  • EHA 2-ethylhexyl acrylate
  • HDMA 1,6-hexanediol dimethacrylate
  • Toluene solution was obtained.
  • a toluene solution of the obtained polymer (P-1) was added dropwise to methanol / ion-exchanged water (1/1 volume ratio) to perform reprecipitation to obtain a white lumpy polymer (P-1).
  • the absolute molecular weight of the obtained polymer (P-1) measured by a light scattering method in a methanol solution was 69000, and the glass transition temperature was ⁇ 25 ° C.
  • VP N-vinylpyrrolidone
  • PCMA (2-oxo-1,3-dioxolane-4-yl) methylmethacrylate
  • EHMA 2-ethylhexyl methacrylate
  • EHA 2-ethylhexyl acrylate
  • AA acrylate
  • MAA methacrylic acid
  • DMA 1,6 -Hexanediol dimethacrylate
  • Example 4-1 Manufacturing of Polyelectrolyte Composition
  • LiFSI lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • Denka Black (registered trademark)] 5 parts were added dropwise over 2 minutes, and the mixture was further stirred for 5 minutes.
  • the pressure was reduced to 0.01 MPa while maintaining stirring, then the temperature was raised to 120 ° C. while maintaining stirring and the degree of pressure reduction, and the stirring, the degree of pressure reduction and the temperature were maintained for 3 hours to distill off the volatile components.
  • the obtained powder was classified by a sieve having an opening of 212 ⁇ m to obtain coated positive electrode active material particles.
  • the ratio of the weight of the polyelectrolyte composition (D-1) to the weight of the coated positive electrode active material particles was 3% by weight.
  • An electrolytic solution (X-1) was prepared by mixing ethylene carbonate (39 parts), propylene carbonate (35 parts) and LiFSI (26 parts).
  • Non-graphitizable carbon (HC) powder Carbotron (registered trademark) PS (F) manufactured by Kureha Battery Materials Japan Co., Ltd., number average particle diameter 18 ⁇ m
  • HC non-graphitizable carbon
  • Example 4-2 The polyelectrolyte composition of Example 4-2 in the same manner as in Example 4-1 except that the polymer (P-1) was replaced with the polymer shown in Table 4-2 in Example 4-1. D-2) was produced. The polyelectrolyte composition (D-2) was used, and the weight ratios of the polyelectrolyte composition, the active material and the conductive auxiliary agent used for the positive electrode, and the electrolytic solution were changed as shown in Table 4-2. A lithium ion battery (M-2) was produced in the same manner as in Example 4-1.
  • Example 4-3 In Example 4-1 in the same manner as in Example 4-1 except that the polymer (P-1) was replaced with the polymer shown in Table 4-2 and the solvent was changed from acetone to methanol, Example 4-.
  • the polymer electrolyte composition (D-3) of No. 3 was prepared.
  • the polyelectrolyte composition (D-3) was used, and the weight ratios of the polyelectrolyte composition, the active material and the conductive auxiliary agent used for the positive electrode, and the electrolytic solution were changed as shown in Table 4-2.
  • a lithium ion battery (M-3) was produced in the same manner as in Example 4-1.
  • Example 4-4 The polyelectrolyte composition (D-4) of Example 4-4 was prepared in the same manner as in Example 4-3 except that the composition ratio of the positive electrode composition was changed in Example 4-3.
  • the polyelectrolyte composition (D-4) was used, and the weight ratios of the polyelectrolyte composition, the active material and the conductive auxiliary agent used for the positive electrode, and the electrolytic solution were changed as shown in Table 4-2.
  • a lithium ion battery (M-4) was produced in the same manner as in Example 4-1.
  • Example 4-5 the polyelectrolyte composition (D-5) of Example 4-5 was prepared by the same method as in Example 4-3 except that the composition ratio of the positive electrode composition was changed.
  • the polyelectrolyte composition (D-5) was used, and the weight ratios of the polyelectrolyte composition, the active material and the conductive auxiliary agent used for the positive electrode, and the electrolytic solution were changed as shown in Table 4-2.
  • a lithium ion battery (M-5) was produced in the same manner as in Example 4-1.
  • Example 4-6 The polyelectrolyte composition of Example 4-6 (in the same manner as in Example 4-3, except that the polymer (P-4) was replaced with the polymer shown in Table 4-2 in Example 4-3. D-6) was produced.
  • the polyelectrolyte composition (D-6) was used, and the weight ratios of the polyelectrolyte composition, the active material and the conductive auxiliary agent used for the positive electrode, and the electrolytic solution were changed as shown in Table 4-2.
  • a lithium ion battery (M-6) was produced in the same manner as in Example 4-1.
  • Example 4-7 The polyelectrolyte composition of Example 4-7 (in the same manner as in Example 4-3, except that the polymer (P-4) was replaced with the polymer shown in Table 4-2 in Example 4-3. D-7) was produced.
  • the polyelectrolyte composition (D-7) was used, and the weight ratios of the polyelectrolyte composition, the active material and the conductive auxiliary agent used for the positive electrode, and the electrolytic solution were changed as shown in Table 4-2.
  • a lithium ion battery (M-7) was produced in the same manner as in Example 4-1.
  • Example 4-8 The polyelectrolyte composition of Example 4-8 (in the same manner as in Example 4-3, except that the polymer (P-4) was replaced with the polymer shown in Table 4-2 in Example 4-3. D-8) was produced.
  • the polyelectrolyte composition (D-8) was used, and the weight ratios of the polyelectrolyte composition, the active material and the conductive auxiliary agent used for the positive electrode, and the electrolytic solution were changed as shown in Table 4-2.
  • a lithium ion battery (M-8) was produced in the same manner as in Example 4-1.
  • the lithium-ion batteries (M-1) to (M-11) produced above are placed inside a constant temperature bath (PFU-3K manufactured by Espec Co., Ltd.) set at 45 ° C. to adjust the temperature, and the battery is charged in that state.
  • the battery was charged using a discharge device (HJ0501SM8A, manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.).
  • HJ0501SM8A manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.
  • the charging current was set to 0.05 C, and charging was performed to a final voltage of 4.2 V by CCCV charging (constant current / constant voltage mode). After that, constant current discharge was performed at 0.05 C up to a final voltage of 2.5 V.
  • the lithium ion battery that was charged and discharged for the first time in the above was charged and discharged for the second cycle.
  • the discharge rates were set to 1C and 0.05C, and the same charge / discharge treatment was performed, respectively, and the discharge capacity was measured.
  • the percentage of the discharge capacity at 1C to the discharge capacity at 0.05C (100 ⁇ (discharge capacity at 1C) / (discharge capacity at 0.05C)) (%) is calculated to determine the discharge rate characteristics. It was used as an evaluation index.
  • Table 4-2 The results are shown in Table 4-2 below.
  • NCA Lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide
  • AB Acetylene black
  • CF Carbon nanofiber
  • HC Refractory carbon
  • DMC Dimethyl carbonate
  • EC Ethylene carbonate
  • PC Propylene carbonate
  • LiFSI Lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • LiPF 6 Lithium hexafluorophosphate
  • the weight ratio (% by weight) of the polyelectrolyte composition in the coating layer in Table 4-2 is the weight ratio (% by weight) of the polyelectrolyte composition in the coating layer of the coated positive electrode active material particles.
  • a lithium ion battery having a positive electrode and a positive electrode.
  • the first resin current collector layer comprises a negative electrode conductive resin composition containing a negative electrode polyolefin resin and a negative electrode conductive filler.
  • the conductive filler for the negative electrode contained in the first resin current collector layer is composed of one or more metal elements selected from the group consisting of platinum, gold, silver, copper, nickel and titanium.
  • the polymer compound (A1) contained in the coating layer of the coated negative electrode active material particles has the monomer (a1) as a constituent monomer and is based on the total weight of the constituent monomers of the polymer compound (A1). It contains 90% by weight or more, and the monomer (a1) is at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methyl acrylate, methacrylic acid and methyl methacrylate.
  • the positive electrode resin current collector comprises a positive electrode conductive resin composition containing a positive electrode polyolefin resin and a positive electrode conductive filler.
  • the positive electrode conductive filler is at least one selected from the group consisting of graphite, carbon black and carbon nanotubes.
  • the polymer compound (A2) contained in the coating layer of the coated positive electrode active material particles has the monomer (a2) as a constituent monomer and is based on the total weight of the constituent monomers of the polymer compound (A2).
  • a lithium ion battery comprising 90% by weight or more and the monomer (a2) being a (meth) acrylic acid alkyl ester having a linear or branched alkyl chain having 3 to 22 carbon atoms.
  • the negative electrode resin current collector includes a second resin current collector layer in contact with the first resin current collector layer.
  • the second resin collector layer comprises a negative electrode conductive resin composition containing a negative electrode polyolefin resin and a negative electrode conductive filler.
  • the negative electrode conductive filler contained in the second resin collector layer is one or more selected from the group consisting of platinum, gold, silver, copper, nickel, titanium, graphite, carbon black and carbon nanotubes.
  • a resin current collector for a lithium ion battery made of a resin composition containing a matrix resin and a conductive filler.
  • the conductive filler is an inorganic metal compound, and the conductive filler is an inorganic metal compound.
  • a resin current collector for a lithium ion battery characterized in that the volume resistivity of the conductive filler is 50 ⁇ cm to 1 ⁇ cm.
  • the matrix resin is a resin that dissolves in at least one selected from the group consisting of N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone and xylene (2-1) to (2-).
  • a lithium ion battery comprising the resin collector for a lithium ion battery according to any one of (2-1) to (2-5).
  • (2-7) A coating step of coating a resin composition slurry containing a matrix resin, a conductive filler and a solvent on the surface of a substrate, and A method for producing a resin current collector for a lithium ion battery, which comprises a drying step of drying the base material coated with the resin composition slurry after the coating step.
  • the conductive filler is an inorganic metal compound, and the conductive filler is an inorganic metal compound.
  • a method for manufacturing a resin current collector for a lithium ion battery, wherein the volume resistivity of the conductive filler is 50 ⁇ cm to 1 ⁇ cm.
  • the first conductive filler is a conductive carbon having a true density of 1.1 to 1.8 g / cm 3.
  • the second conductive filler is a resin collector for a lithium ion battery, which is a conductive carbon having a true density of 2.0 to 2.5 g / cm 3.
  • the crystallite size (Lc) of the first conductive filler is 1.0 to 2.0 nm, and the crystallite size (Lc) of the second conductive filler is 2.1 to 100 nm.
  • the first conductive filler is a conductive carbon having a true density of 1.1 to 1.8 g / cm 3
  • the second conductive filler has a true density of 2.0 to 2.5 g / cm 3 .
  • It is conductive carbon and A resin collector for a lithium ion battery having a step of co-extruding and laminating a first conductive resin composition containing the first conductive filler and a second conductive resin composition containing the second conductive filler. Production method.
  • the coating layer contains a polyelectrolyte composition and contains
  • the polymer electrolyte composition comprises a monomer (m1) represented by the following general formula (1) and / or a monomer (m2) represented by the following general formula (2) and the following general formula (3).
  • the total weight ratio of the monomer (m1) and the monomer (m2) in the monomer composition is 10 to 60% by weight based on the weight of the monomer composition.
  • the weight ratio of the monomer (m3) in the monomer composition is 40 to 90% by weight based on the weight of the monomer composition.
  • the weight ratio of the polymer (P) is 70 to 90% by weight based on the weight of the polymer electrolyte composition.
  • the weight ratio of the lithium salt is 10 to 30% by weight based on the weight of the polyelectrolyte composition.
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 2 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • X 1 represents an alkylene group having 1 to 2 carbon atoms.
  • R 3 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • R 4 is a hydrogen atom, an alkyl group having 4 to 12 carbon atoms, or an alkyl having 2 to 6 carbon atoms having a (meth) acryloyl group at the end. Represents a group.
  • (4-2) The coated electrode active material particle according to (4-1), wherein the weight ratio of the polymer electrolyte composition in the coating layer is 30 to 70% by weight. (4-3)
  • a lithium ion battery comprising the coated electrode active material particles according to (4-1) or (4-2).
  • the lithium-ion battery of the present invention is particularly useful as a lithium-ion battery used for a stationary power source, a mobile phone, a personal computer, a hybrid vehicle, and an electric vehicle.

Abstract

負極活物質粒子の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆されている被覆負極活物質粒子及び前記被覆負極活物質粒子と接する第1の樹脂集電体層を少なくとも含む負極用樹脂集電体を備える負極と、正極活物質粒子の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆されている被覆正極活物質粒子及び正極用樹脂集電体を備える正極とを有するリチウムイオン電池であって、上記第1の樹脂集電体層が、負極用ポリオレフィン樹脂と負極用導電性フィラーとを含む負極用導電性樹脂組成物からなり、上記第1の樹脂集電体層に含まれる負極用導電性フィラーが、白金、金、銀、銅、ニッケル及びチタンからなる群から選択される1種以上の金属元素からなり、上記被覆負極活物質粒子の被覆層に含まれる高分子化合物(A1)が、単量体(a1)を構成単量体として上記高分子化合物(A1)の構成単量体の合計重量を基準として90重量%以上含み、かつ、上記単量体(a1)が、アクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸及びメタクリル酸メチルからなる群から選択される1種以上であり、上記正極用樹脂集電体が、正極用ポリオレフィン樹脂と正極用導電性フィラーとを含む正極用導電性樹脂組成物からなり、上記正極用導電性フィラーが、黒鉛、カーボンブラック、ハードカーボン及びカーボンナノチューブからなる群から選択される1種以上であり、上記被覆正極活物質粒子の被覆層に含まれる高分子化合物(A2)が、単量体(a2)を構成単量体として上記高分子化合物(A2)の構成単量体の合計重量を基準として90重量%以上含み、かつ、上記単量体(a2)が、炭素数3~22の直鎖又は分岐アルキル鎖を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステルであることを特徴とするリチウムイオン電池。

Description

リチウムイオン電池
本発明は、リチウムイオン電池に関する。
リチウムイオン(二次)電池は、高容量で小型軽量な二次電池として、近年様々な用途に多用されている。
従来のリチウムイオン電池では、集電体として金属箔(金属集電箔)が用いられてきた。
近年、金属箔に代わって、樹脂集電体用分散剤、樹脂及び導電性フィラーを含有する樹脂集電体用材料、並びに、該樹脂集電体用材料を有する樹脂集電体が提案されている(特許文献1参照)。
また、近年では、リチウムイオン電池のサイクル特性を改善する観点から、負極活物質の表面の少なくとも一部を、被覆用樹脂と導電助剤とを含む被覆剤で被覆したリチウムイオン電池用被覆負極活物質が提案されている(特許文献2参照)。
国際公開第2015/005116号 国際公開第2015/137041号
樹脂集電体を用いたリチウムイオン電池では、金属集電体を用いたリチウムイオン電池と比較して電気抵抗値が高くなる傾向がある。特に、樹脂集電体と被覆活物質粒子とを用いたリチウムイオン電池では、電気抵抗値が高くなる傾向が顕著であった。
これまでは、リチウムイオン電池の構成部品の各々における電気抵抗値の低減については、様々な検討がなされてきた。
しかしながら、リチウムイオン電池の各構成部品間における接触抵抗値の低減については、十分な検討がなされておらず、改善の余地があった。
そこで本発明は、リチウムイオン電池の各構成部品間における接触抵抗値を低減し、電気特性が向上されたリチウムイオン電池を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、樹脂集電体を構成する導電性フィラーと、被覆活物質粒子との間で生じる接触抵抗値が、リチウムイオン電池の電気抵抗値を高める一因であることを見出した。
本発明者らは、更に鋭意検討した結果、負極用樹脂集電体の被覆負極活物質粒子と接する第1の樹脂集電体層に含まれる負極用導電性フィラー及び被覆負極活物質粒子被覆層に含まれる高分子化合物(A1)と、正極用樹脂集電体に含まれる正極用導電性フィラー及び被覆正極活物質粒子の被覆層に含まれる高分子化合物(A2)とをそれぞれ特定の組合せにすることにより、樹脂集電体を構成する導電性フィラーと、被覆活物質粒子との間で生じる接触抵抗値を低減でき、電気特性が向上されたリチウムイオン電池を得ることができることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、負極活物質粒子の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆されている被覆負極活物質粒子及び前記被覆負極活物質粒子と接する第1の樹脂集電体層を少なくとも含む負極用樹脂集電体を備える負極と、正極活物質粒子の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆されている被覆正極活物質粒子及び正極用樹脂集電体を備える正極とを有するリチウムイオン電池であって、上記第1の樹脂集電体層が、負極用ポリオレフィン樹脂と負極用導電性フィラーとを含む負極用導電性樹脂組成物からなり、上記第1の樹脂集電体層に含まれる負極用導電性フィラーが、白金、金、銀、銅、ニッケル及びチタンからなる群から選択される1種以上の金属元素からなり、上記被覆負極活物質粒子の被覆層に含まれる高分子化合物(A1)が、単量体(a1)を構成単量体として上記高分子化合物(A1)の構成単量体の合計重量を基準として90重量%以上含み、かつ、上記単量体(a1)が、アクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸及びメタクリル酸メチルからなる群から選択される1種以上であり、上記正極用樹脂集電体が、正極用ポリオレフィン樹脂と正極用導電性フィラーとを含む正極用導電性樹脂組成物からなり、上記正極用導電性フィラーが、黒鉛、カーボンブラック、ハードカーボン及びカーボンナノチューブからなる群から選択される1種以上であり、上記被覆正極活物質粒子の被覆層に含まれる高分子化合物(A2)が、単量体(a2)を構成単量体として上記高分子化合物(A2)の構成単量体の合計重量を基準として90重量%以上含み、かつ、上記単量体(a2)が、炭素数3~22の直鎖又は分岐のアルキル鎖を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステルであることを特徴とするリチウムイオン電池である。
本発明によれば、樹脂集電体を構成する導電性フィラーと、被覆活物質粒子との間で生じる接触抵抗値を低減でき、電気特性が向上されたリチウムイオン電池を提供することができる。
本発明は、負極活物質粒子の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆されている被覆負極活物質粒子及び前記被覆負極活物質粒子と接する第1の樹脂集電体層を少なくとも含む負極用樹脂集電体を備える負極と、正極活物質粒子の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆されている被覆正極活物質粒子及び正極用樹脂集電体を備える正極とを有するリチウムイオン電池であって、上記第1の樹脂集電体層が、負極用ポリオレフィン樹脂と負極用導電性フィラーとを含む負極用導電性樹脂組成物からなり、上記第1の樹脂集電体層に含まれる負極用導電性フィラーが、白金、金、銀、銅、ニッケル及びチタンからなる群から選択される1種以上の金属元素からなり、上記被覆負極活物質粒子の被覆層に含まれる高分子化合物(A1)が、単量体(a1)を構成単量体として上記高分子化合物(A1)の構成単量体の合計重量を基準として90重量%以上含み、かつ、上記単量体(a1)が、アクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸及びメタクリル酸メチルからなる群から選択される1種以上であり、上記正極用樹脂集電体が、正極用ポリオレフィン樹脂と正極用導電性フィラーとを含む正極用導電性樹脂組成物からなり、上記正極用導電性フィラーが、黒鉛、カーボンブラック、ハードカーボン及びカーボンナノチューブからなる群から選択される1種以上であり、上記被覆正極活物質粒子の被覆層に含まれる高分子化合物(A2)が、単量体(a2)を構成単量体として上記高分子化合物(A2)の構成単量体の合計重量を基準として90重量%以上含み、かつ、上記単量体(a2)が、炭素数3~22の直鎖又は分岐アルキル鎖を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステルであることを特徴とするリチウムイオン電池である。
[負極]
負極は、負極活物質粒子の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆されている被覆負極活物質粒子及び前記被覆負極活物質粒子と接する第1の樹脂集電体層を少なくとも含む負極用樹脂集電体を備える。
(被覆負極活物質粒子)
被覆負極活物質粒子は、負極活物質粒子の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆されている。
負極活物質粒子の周囲が被覆層で被覆されていると、負極の体積変化が緩和され、負極の膨張を抑制することができる。
負極活物質粒子としては、炭素系材料[黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、樹脂焼成体(例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等)、コークス類(例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等)及び炭素繊維等]、珪素系材料[珪素、酸化珪素(SiOx)、珪素-炭素複合体(炭素粒子の表面を珪素及び/又は炭化珪素で被覆したもの、珪素粒子又は酸化珪素粒子の表面を炭素及び/又は炭化珪素で被覆したもの並びに炭化珪素等)及び珪素合金(珪素-アルミニウム合金、珪素-リチウム合金、珪素-ニッケル合金、珪素-鉄合金、珪素-チタン合金、珪素-マンガン合金、珪素-銅合金及び珪素-スズ合金等)等]、導電性高分子(例えばポリアセチレン及びポリピロール等)、金属(スズ、アルミニウム、ジルコニウム及びチタン等)、金属酸化物(チタン酸化物及びリチウム・チタン酸化物等)及び金属合金(例えばリチウム-スズ合金、リチウム-アルミニウム合金及びリチウム-アルミニウム-マンガン合金等)等及びこれらと炭素系材料との混合物等が挙げられる。
これらの負極活物質粒子は、1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
負極活物質粒子の体積平均粒子径は、電池の電気特性の観点から、0.01~100μmが好ましく、0.1~20μmであることがより好ましく、2~10μmであることがさらに好ましい。
被覆負極活物質粒子の被覆層は、高分子化合物(A1)を含む。
高分子化合物(A1)は、単量体(a1)を構成単量体として高分子化合物(A1)の構成単量体の合計重量を基準として90重量%以上含み、かつ、単量体(a1)が、アクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸及びメタクリル酸メチルからなる群から選択される1種以上である。
被覆負極活物質粒子の被覆層は、単量体(a1)を構成単量体として所定量含む高分子化合物(A1)により構成されるので、被覆層の表面に単量体(a1)由来のカルボニル基を有しており、後述する負極用樹脂集電体の負極用導電性フィラーと配位結合を形成することができるため、被覆負極活物質粒子と負極用樹脂集電体との密着を強固にすることができる。
単量体(a1)は、被覆負極活物質粒子と負極用樹脂集電体との密着を強固にする観点から、アクリル酸、メタクリル酸及びメタクリル酸メチルからなる群から選択される1種以上であることが好ましく、アクリル酸がより好ましい。
単量体(a1)は、単量体(a1)の重量を基準として、アクリル酸又はメタクリル酸を80重量%以上含有することが好ましく、85重量%以上含有することがより好ましく、90重量%以上含有することがさらに好ましい。
単量体(a1)以外の単量体としては、特開2017-054703号公報及び国際公開第2015-005117号等に活物質被覆用樹脂として記載されたものを用いることができる。
高分子化合物(A1)は、高分子化合物(A1)の構成単量体の合計重量を基準として、単量体(a1)を91重量%以上含むことが好ましく、93重量%以上含むことがより好ましく、95重量%以上含むことがさらに好ましい。
被覆層を構成する高分子化合物(A1)の重量平均分子量の好ましい下限は3,000、より好ましい下限は10,000、さらに好ましい下限は30,000である。一方、高分子化合物(A1)の重量平均分子量の好ましい上限は500,000、より好ましい上限は300,000、さらに好ましい上限は200,000である。
本明細書において重量平均分子量は、以下の条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下GPCと略記)測定により求めることができる。
装置:Alliance GPC V2000(Waters社製)
溶媒:オルトジクロロベンゼン、DMF、THF
標準物質:ポリスチレン
サンプル濃度:3mg/ml
カラム固定相:PLgel 10μm、MIXED-B 2本直列(ポリマーラボラトリーズ社製)
カラム温度:135℃
被覆負極活物質粒子の被覆層を構成する高分子化合物(A1)は、公知の重合開始剤{アゾ系開始剤[2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)等]、パーオキサイド系開始剤(ベンゾイルパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ラウリルパーオキサイド等)等}を使用して公知の重合方法(塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合等)により製造することができる。
重合開始剤の使用量は、重量平均分子量を好ましい範囲に調整する等の観点から、モノマーの全重量に基づいて好ましくは0.01~5重量%、より好ましくは0.05~2重量%、さらに好ましくは0.1~1.5重量%であり、重合温度及び重合時間は重合開始剤の種類等に応じて調整されるが、重合温度は好ましくは-5~150℃、(より好ましくは30~120℃)、反応時間は好ましくは0.1~50時間(より好ましくは2~24時間)で行われる。
溶液重合の場合に使用される溶媒としては、例えばエステル(炭素数2~8、例えば酢酸エチル及び酢酸ブチル)、アルコール(炭素数1~8、例えばメタノール、エタノール及びオクタノール)、炭化水素(炭素数4~8、例えばn-ブタン、シクロヘキサン及びトルエン)、アミド(例えばN,N-ジメチルホルムアミド(以下、DMFと略記する))及びケトン(炭素数3~9、例えばメチルエチルケトン)が挙げられ、重量平均分子量を好ましい範囲に調整する等の観点から、その使用量はモノマーの合計重量に基づいて好ましくは5~900重量%、より好ましくは10~400重量%、さらに好ましくは30~300重量%であり、モノマー濃度としては、好ましくは10~95重量%、より好ましくは20~90重量%、さらに好ましくは30~80重量%である。
乳化重合及び懸濁重合における分散媒としては、水、アルコール(例えばエタノール)、エステル(例えばプロピオン酸エチル)、軽ナフサ等が挙げられ、乳化剤としては、高級脂肪酸(炭素数10~24)金属塩(例えばオレイン酸ナトリウム及びステアリン酸ナトリウム)、高級アルコール(炭素数10~24)硫酸エステル金属塩(例えばラウリル硫酸ナトリウム)、エトキシ化テトラメチルデシンジオール、メタクリル酸スルホエチルナトリウム、メタクリル酸ジメチルアミノメチル等が挙げられる。さらに安定剤としてポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等を加えてもよい。
溶液又は分散液のモノマー濃度は好ましくは5~95重量%、より好ましくは10~90重量%、さらに好ましくは15~85重量%であり、重合開始剤の使用量は、モノマーの全重量に基づいて好ましくは0.01~5重量%、より好ましくは0.05~2重量%である。
重合に際しては、公知の連鎖移動剤、例えばメルカプト化合物(ドデシルメルカプタン、n-ブチルメルカプタン等)及び/又はハロゲン化炭化水素(四塩化炭素、四臭化炭素、塩化ベンジル等)を使用することができる。
被覆負極活物質粒子の被覆層を構成する高分子化合物(A1)は、該高分子化合物(A1)をカルボキシル基と反応する反応性官能基を有する架橋剤(A’){好ましくはポリエポキシ化合物(a’1)[ポリグリシジルエーテル(ビスフェノールAジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル及びグリセリントリグリシジルエーテル等)及びポリグリシジルアミン(N,N-ジグリシジルアニリン及び1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル))等]及び/又はポリオール化合物(a’2)(エチレングリコール等)}で架橋してなる架橋重合体であってもよい。
架橋剤(A’)を用いて被覆負極活物質粒子の被覆層を構成する高分子化合物(A1)を架橋する方法としては、負極活物質粒子を、被覆層を構成する高分子化合物(A1)で被覆した後に架橋する方法が挙げられる。具体的には、負極活物質粒子と被覆層を構成する高分子化合物(A1)を含む樹脂溶液を混合し脱溶剤することにより、被覆活物質を製造した後に、架橋剤(A’)を含む溶液を該被覆活物質に混合して加熱することにより、脱溶剤と架橋反応を生じさせて、被覆層を構成する高分子化合物(A1)が架橋剤(A’)によって架橋される反応を負極活物質粒子の表面で起こす方法が挙げられる。
加熱温度は、架橋剤の種類に応じて調整されるが、架橋剤としてポリエポキシ化合物(a’1)を用いる場合は好ましくは70℃以上であり、ポリオール化合物(a’2)を用いる場合は好ましくは120℃以上である。
被覆負極活物質粒子の被覆層は、内部抵抗等の観点から、導電助剤を含むことが好ましい。
導電助剤としては、金属[アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、金、銅及びチタン等]、カーボン[グラファイト及びカーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック及びサーマルランプブラック等)等]、及びこれらの混合物等が挙げられる。
これらの導電助剤は1種単独で用いられてもよいし、2種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物として用いられてもよい。
なかでも、電気的安定性の観点から、より好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、金、銅、チタン及びこれらの混合物であり、さらに好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、特に好ましくはカーボンである。
またこれらの導電助剤としては、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料[好ましくは、上記した導電助剤のうち金属のもの]をめっき等でコーティングしたものでもよい。
導電助剤の形状(形態)は、粒子形態に限られず、粒子形態以外の形態であってもよく、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等、いわゆるフィラー系導電助剤として実用化されている形態であってもよい。
導電助剤の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、電池の電気特性の観点から、0.01~10μm程度であることが好ましい。
本明細書中において、「導電助剤の粒子径」とは、導電助剤の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)等の観察手段を用い、数~数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。
被覆層が導電助剤を含む場合、被覆層を構成する高分子化合物(A1)と導電助剤の比率は特に限定されるものではないが、電池の内部抵抗等の観点から、重量比率で被覆層を構成する高分子化合物(A1、樹脂固形分重量):導電助剤が1:0.01~1:50であることが好ましく、1:0.2~1:3.0であることがより好ましい。
被覆負極活物質粒子は、被覆層を構成する高分子化合物(A1)、負極活物質粒子及び必要に応じて用いる導電助剤を混合することによって製造することができる。
被覆層を構成する高分子化合物(A)、負極活物質粒子及び導電助剤を混合する順番は特に限定されず、例えば、事前に混合した被覆層を構成する高分子化合物(A1)と導電助剤からなる樹脂組成物を負極活物質粒子とさらに混合してもよいし、被覆層を構成する高分子化合物(A1)、負極活物質粒子及び導電助剤を同時に混合してもよいし、負極活物質粒子に被覆層を構成する高分子化合物(A1)を混合し、さらに導電助剤を混合してもよい。
被覆負極活物質粒子は、負極活物質粒子を、被覆層を構成する高分子化合物(A1)で被覆することで得ることができ、例えば、負極活物質粒子を万能混合機に入れて30~500rpmで撹拌した状態で、被覆層を構成する高分子化合物(A1)を含む樹脂溶液を1~90分かけて滴下混合し、さらに必要に応じて導電助剤を混合し、撹拌したまま50~200℃に昇温し、0.007~0.04MPaまで減圧した後に10~150分保持することにより得ることができる。
(負極用樹脂集電体)
負極用樹脂集電体は、被覆負極活物質粒子と接する第1の樹脂集電体層を少なくとも含む。
第1の樹脂集電体層は、負極用ポリオレフィン樹脂と負極用導電性フィラーとを含む負極用導電性樹脂組成物からなる。
負極用ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン(PE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、ポリプロピレン(PP)、メタロセン系ポリプロピレン、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリシクロオレフィン(PCO)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、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(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。
負極用ポリオレフィン樹脂としては、1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
負極用ポリオレフィン樹脂としては、例えば、以下のものが市場から入手できる。
ランダムポリプロピレン:「サンアロマーPC630S」「サンアロマーPC630A」「サンアロマーPB522M」いずれもサンアロマー(株)製、「ウィンテックWFX4T」日本ポリプロ(株)製、「プライムポリマーF-744NP」(株)プライムポリマー製
ホモポリプロピレン:「サンアロマーPM600A」、「サンアロマーPL500A」、「サンアロマーPM900A」いずれもサンアロマー(株)製
ブロックポリプロピレン:「クオリアCM688A」、「サンアロマーPC684S」、「サンアロマーPM854X」いずれもサンアロマー(株)製
ポリエチレン:「ノバテックLL UE320」「ノバテックLL UJ960」いずれも日本ポリエチレン(株)製
高密度ポリエチレン:「サンテックB680」旭化成ケミカルズ(株)製
ポリメチルペンテン:「TPX」三井化学(株)製
メタロセン系ポリプロピレン:「ウィンテックWFX6」日本ポリプロ(株)製
これらのなかでも、負極用導電性樹脂組成物の融点を好適に付与する観点から、ホモポリプロピレン、ブロックポリプロピレン、ランダムポリプロピレンとホモポリプロピレン又はブロックポリプロピレンとの混合物が好ましく、ブロックポリプロピレンがより好ましい。
負極用導電性フィラーは、白金、金、銀、銅、ニッケル及びチタンからなる群から選択される1種以上の金属元素からなる。
これらのなかでも、電気安定性の観点から、ニッケルが好ましい。
負極用導電性フィラーの平均粒子径は、特に限定されるものではないが、電池の電気特性の観点から、0.01~10μmであることが好ましく、0.02~5μmであることがより好ましく、0.03~1μmであることがさらに好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、粒子の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)等の観察手段を用い、数~数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。
負極用導電性フィラーの形状(形態)は、粒子形態に限られず、粒子形態以外の形態であってもよく、金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を、導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等であってもよい。
負極用導電性フィラーの重量割合は、内部抵抗値を低減し、電気特性を向上する観点から、負極用導電性樹脂組成物の重量を基準として30~80重量%であることが好ましく、45~70重量%であることがより好ましい。
負極用導電性フィラーの重量割合は、負極用導電性樹脂組成物の重量を基準として55重量%以上であることがより好ましく、60重量%以上であることがさらに好ましい。
負極用導電性樹脂組成物の融点は、負極用導電性フィラーの分散性を向上させ、内部抵抗値を低減する観点及び負極用ポリオレフィン樹脂の劣化を防止する観点から、150~170℃であることが好ましい。
負極用導電性樹脂組成物の融点は、155~168℃であることがより好ましく、160~165℃であることがさらに好ましい。
なお、負極用樹脂集電体が、第1の樹脂集電体層に接する第2の樹脂集電体層を含む場合、第1の樹脂集電体層の負極用導電性樹脂組成物が、上記融点の範囲を満たせばよい。
本明細書において融点とはDSC(示差走査熱量測定)を用い、JIS K 7122(転移熱測定法)に準じて測定される融解ピーク温度を意味する。
DSCに用いる装置としては、DSC2910[商品名、ティー・エイ・インスツルメント(株)製]等が挙げられる。
負極用導電性樹脂組成物の融点は、内部抵抗値を低減する観点から、後述する正極用導電性樹脂組成物の融点よりも10~30℃高いことが好ましい。
負極用導電性樹脂組成物の融点は、後述する正極用導電性樹脂組成物の融点よりも15℃以上高いことがより好ましく、20℃以上高いことがさらに好ましく、25℃以上高いことが特に好ましい。
なお、負極用樹脂集電体が、第1の樹脂集電体層に接する第2の樹脂集電体層を含む場合、第1の樹脂集電体層の負極用導電性樹脂組成物と、後述する正極用導電性樹脂組成物との融点の差が上記範囲を満たせばよい。
ここで樹脂集電体では、導電性フィラーを十分に分散させることにより、導電経路が形成されて導電性を好適に発現することができる。
第1の樹脂集電体層では、負極用導電性フィラーが上述した金属元素であり、後述する正極用樹脂集電体では、正極用導電性フィラーが炭素系材料である。
金属元素は、炭素系材料よりも分散しにくいので、負極用導電性フィラーを好適に分散させるためには、負極用導電性樹脂組成物を高い温度で混錬して、負極用導電性樹脂組成物に流動性を付与する必要がある。
一方で、正極用導電性樹脂組成物では、上記負極用導電性樹脂組成物を混錬する温度よりも低い温度で混錬しても、正極用導電性フィラーを好適に分散させることができる。
負極用導電性樹脂組成物の融点と、後述する正極用導電性樹脂組成物の融点との差が上記範囲であると、負極用導電性樹脂組成物と正極用導電性樹脂組成物との双方に好適な流動性を付与し、導電性フィラーを十分に分散させることができるので、正極用樹脂集電体と負極用樹脂集電体の双方に導電経路を形成して、導電性を発現することができる。
第1の樹脂集電体層は、必要に応じて、その他の成分を含んでもよい。
その他の成分としては、分散剤、着色剤、紫外線吸収剤、可塑剤(フタル酸骨格含有化合物、トリメリット酸骨格含有化合物、リン酸基含有化合物及びエポキシ骨格含有化合物等)等が挙げられる。
分散剤としては、三洋化成工業(株)製ユーメックスシリーズ、東洋紡(株)製ハードレンシリーズ、トーヨータックシリーズ等を用いることができる。
着色剤、紫外線吸収剤及び可塑剤等は、公知のものを適宜選択して用いることができる。
その他の成分の合計含有量は、第1の樹脂集電体層の重量を基準として0.001~5重量%であることが好ましい。
負極用樹脂集電体は、第1の樹脂集電体層からなるものであってもよいが、第1の樹脂集電体層に接する第2の樹脂集電体層を含んでもよい。
第2の樹脂集電体層は、負極用ポリオレフィン樹脂と負極用導電性フィラーとを含む負極用導電性樹脂組成物からなる。
第2の樹脂集電体層に含まれる負極用導電性フィラーは、白金、金、銀、銅、ニッケル、チタン、黒鉛、カーボンブラック及びカーボンナノチューブからなる群から選択される1種以上であることが好ましい。
第2の樹脂集電体層に含まれる負極用ポリオレフィン樹脂は、上述した第1の樹脂集電体層で記載したものを適宜選択して用いることができる。
第2の樹脂集電体層は、必要に応じて、その他の成分を含んでもよい。
その他の成分としては、分散剤、第1の樹脂集電体層で記載したものを適宜選択して用いることができる。
負極用樹脂集電体が第1の樹脂集電体層からなる場合、負極用樹脂集電体の製造方法としては、例えば、負極用ポリオレフィン樹脂と負極用導電性フィラーと、必要に応じてその他成分を混合して負極用導電性樹脂組成物を得る。
混合の方法としては、負極用導電性フィラーのマスターバッチを得てから、さらに負極用ポリオレフィン樹脂と混合する方法、負極用ポリオレフィン樹脂、負極用導電性フィラー、及び、必要に応じてその他の成分のマスターバッチを用いる方法、及び、全ての原料を一括して混合する方法等があり、その混合にはペレット状又は粉体状の成分を適切な公知の混合機、例えばニーダー、インターナルミキサー、バンバリーミキサー及びロールを用いることができる。
混合時の各成分の添加順序には特に限定はない。得られた混合物は、さらにペレタイザーなどによりペレット化又は粉末化してもよい。
混合時の温度としては、180~260℃であることが好ましい。
得られた負極用導電性樹脂組成物を、例えばフィルム状に成形することにより、負極用樹脂集電体が得られる。
フィルム状に成形する方法としては、Tダイ法、インフレーション法及びカレンダー法等の公知のフィルム成形法が挙げられる。なお、第1の樹脂集電体層は、フィルム成形以外の成形方法によっても得ることができる。
負極用樹脂集電体が第1の樹脂集電体層に接する第2の樹脂集電体層を含む場合、第1の樹脂集電体層の負極用導電性樹脂組成物と、第2の樹脂集電体層の負極用導電性樹脂組成物とを上述と同様の方法により準備し、共押出成形をすることにより負極用樹脂集電体を得ることができる。
負極用樹脂集電体の厚みとしては、特に限定されないが、5~150μmであることが好ましい。
なお、負極用樹脂集電体が第1の樹脂集電体層と第2の樹脂集電体層を有する場合も、厚みは、5~150μmであることが好ましい。
(負極の製造方法)
負極の製造方法としては、例えば、被覆負極活物質粒子及び電解液を含む負極用スラリーを負極用樹脂集電体の表面に塗布し、余分な電解液を除去することにより、被覆負極活物質粒子を含む層と負極用樹脂集電体とを備える負極を製造することができる。
なお、負極用樹脂集電体が第1の樹脂集電体層と、第1の集電体層に接する第2の樹脂集電体層とを含む場合には、負極用スラリーを第1の集電体層の表面に塗布する。
電解液としては、公知の電解液を使用することができる。
電解質としては、公知の電解液に用いられている電解質が使用でき、例えば、LiPF、LiBF、LiSbF、LiAsF、LiClO及びLiN(FSO等の無機アニオンのリチウム塩、LiN(CFSO、LiN(CSO及びLiC(CFSO等の有機アニオンのリチウム塩が挙げられる。これらの内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはLiN(FSOである。
溶媒としては、公知の電解液に用いられている非水溶媒が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン及びこれらの混合物を用いることができる。
被覆負極活物質粒子及び電解液を含む負極用スラリーは、結着剤を含まないことが好ましい。
負極用スラリーが結着剤を含まないことにより、被覆負極活物質粒子の位置が固定されておらず、被覆負極活物質粒子同士及び被覆負極活物質粒子同士及び被覆負極活物質粒子と負極用樹脂集電体とが不可逆的に固定されていない状態(非結着体)の負極を得ることができる。
負極が非結着体である場合、被覆負極活物質粒子同士は不可逆的に固定されていないため、被覆負極活物質粒子同士の界面で破壊を生じることなく分離することができ、被覆負極活物質粒子に応力がかかった場合でも被覆負極活物質粒子が移動することで被覆負極活物質粒子の破壊を防止することができ好ましい。
なお、本明細書において、結着剤とは、被覆負極活物質粒子及び被覆負極活物質粒子と負極用樹脂集電体とを可逆的に固定することができない薬剤を意味し、デンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、スチレン-ブタジエンゴム、ポリエチレン及びポリプロピレン等の公知の溶剤乾燥型のリチウムイオン電池用結着剤等が挙げられる。これらの結着剤は、溶剤に溶解又は分散して用いられ、溶剤を揮発、留去することで固体化して、被覆負極活物質粒子及び被覆負極活物質粒子と負極用樹脂集電体とを不可逆的に固定するものである。
被覆負極活物質粒子及び電解液を含む負極用スラリーは、粘着性樹脂が含まれていてもよい。
粘着性樹脂としては、例えば、特開2017-054703号公報に記載された非水系二次電池活物質被覆用樹脂に少量の有機溶剤を混合してそのガラス転移温度を室温以下に調整したもの、及び、特開平10-255805公報に粘着剤として記載されたもの等を好適に用いることができる。
なお、粘着性樹脂は、粘着性(水、溶剤、熱などを使用せずに僅かな圧力を加えることで接着する性質)を有する樹脂を意味する。一方、上述した結着剤は、溶剤を揮発、留去させることで粘着性を有すことなく固体化するものを意味する。
従って、上述した結着剤と粘着性樹脂とは異なる材料である。
負極の厚みとしては、電池性能の観点から、150~600μmであることが好ましく、200~450μmであることがより好ましい。
[正極]
正極は、正極活物質粒子の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆されている被覆正極活物質粒子及び正極用樹脂集電体を備える。
(被覆正極活物質粒子)
被覆正極活物質粒子は、正極活物質粒子の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆されている。
正極活物質粒子としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物{遷移金属が1種である複合酸化物(LiCoO、LiNiO、LiAlMnO、LiMnO及びLiMn等)、遷移金属元素が2種である複合酸化物(例えばLiFeMnO、LiNi1-xCo、LiMn1-yCo、LiNi1/3Co1/3Al1/3及びLiNi0.8Co0.15Al0.05)及び金属元素が3種類以上である複合酸化物[例えばLiMM’M’’(M、M’及びM’’はそれぞれ異なる遷移金属元素であり、a+b+c=1を満たす。例えばLiNi1/3Mn1/3Co1/3)等]等}、リチウム含有遷移金属リン酸塩(例えばLiFePO、LiCoPO、LiMnPO及びLiNiPO)、遷移金属酸化物(例えばMnO及びV)、遷移金属硫化物(例えばMoS及びTiS)及び導電性高分子(例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン及びポリ-p-フェニレン及びポリビニルカルバゾール)等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。
なお、リチウム含有遷移金属リン酸塩は、遷移金属サイトの一部を他の遷移金属で置換したものであってもよい。
正極活物質粒子の体積平均粒子径は、電池の電気特性の観点から、0.01~100μmであることが好ましく、0.1~35μmであることがより好ましく、2~30μmであることがさらに好ましい。
被覆正極活物質粒子の被覆層は、高分子化合物(A2)を含む。
被覆正極活物質粒子の被覆層に含まれる高分子化合物(A2)は、単量体(a2)を構成単量体として高分子化合物(A2)の構成単量体の合計重量を基準として90重量%以上含み、かつ、単量体(a2)が、炭素数3~22の直鎖又は分岐のアルキル鎖を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステルである。
なお、(メタ)アクリル酸は、アクリル酸又はメタクリル酸を意味する。
被覆正極活物質粒子の被覆層は、単量体(a2)を構成単量体として所定量含む高分子化合物(A2)により構成されるので、後述する正極用樹脂集電体に含まれる炭素系の正極用導電性フィラーとの相性が良く、接触抵抗値を好適に低減することができる。
単量体(a2)としては、例えば、下記一般式(1)で表される化合物が挙げられる。
CH=C(R)COOR  (1)
[式(1)中、Rは水素原子又はメチル基であり、Rは炭素数3~22の直鎖又は分岐アルキル基である。]
炭素数3~22の直鎖アルキル基としては、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基及びドコシル基が挙げられる。
炭素数3~22の分岐アルキル基としては、1-アルキルアルキル基[1-メチルプロピル基、1-ブチルペンチル基、1-ヘキシルデシル基、1-オクチルドデシル基等]、2-アルキルアルキル基[2-メチルペンチル基、2-ヘキシルデシル基、2-オクチルドデシル基等]、3~20-アルキルアルキル基(3-アルキルアルキル基、4-アルキルアルキル基、5-アルキルアルキル基、17-アルキルアルキル基、18-アルキルアルキル基、19-アルキルアルキル基及び20-アルキルアルキル基等)等が挙げられる。
なかでも、Rが、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基及びドコシル基であることが好ましい。
また、単量体(a2)としては、エチレン性不飽和二重結合を2個有する化合物であってもよい。
このような化合物としては例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,8-オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10-デカンジオールジ(メタ)アクリレート、1,12-ドデカンジオールジ(メタ)アクリレート、1,14-テトラデカンジオールジ(メタ)アクリレート、1,16-ヘキサデカンジオールジ(メタ)アクリレート及び1,18-オクタデカンジオールジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
単量体(a2)は、接触抵抗値を好適に低減する観点から、単量体(a2)の重量を基準として、上記一般式(1)で表される化合物を80重量%以上含有することが好ましく、85重量%以上含有することがより好ましく、90重量%以上含有することがさらに好ましい。
単量体(a2)以外の単量体としては、特開2017-054703号公報及び国際公開第2015-005117号等に活物質被覆用樹脂として記載されたものを用いることができる。
高分子化合物(A2)は、高分子化合物(A2)の構成単量体の合計重量を基準として、単量体(a2)を91重量%以上含むことが好ましく、93重量%以上含むことがより好ましく、95重量%以上含むことがさらに好ましい。
被覆正極活物質粒子の被覆層を構成する高分子化合物(A2)の重量平均分子量の好ましい下限は3,000、より好ましい下限は5,000、さらに好ましい下限は7,000である。一方、上記高分子化合物の重量平均分子量の好ましい上限は100,000、より好ましい上限は70,000である。
被覆正極活物質粒子の被覆層を構成する高分子化合物(A2)は、架橋剤で架橋してなるか共重合体であってもよい。
架橋剤としては、被覆負極活物質粒子で記載したものを適宜選択して用いることができる。
被覆正極活物質粒子の被覆層を構成する高分子化合物(A2)は、上述した被覆負極活物質粒子の被覆層を構成する高分子化合物(A1)で記載した方法を適宜選択して用いることにより製造することができる。
被覆正極活物質粒子の被覆層は、内部抵抗等の観点から、導電助剤を含むことが好ましい。
被覆正極活物質粒子に含まれる導電助剤としては、上述した被覆負極活物質粒子で記載したものを適宜選択して用いることができる。
被覆正極活物質粒子は、被覆層を構成する高分子化合物、正極活物質粒子及び必要に応じて用いる導電助剤を混合することによって製造することができる。
被覆層を構成する高分子化合物(A2)、正極活物質粒子及び導電助剤を混合する順番は特に限定されず、例えば、事前に混合した被覆層を構成する高分子化合物(A2)と導電助剤からなる樹脂組成物を正極活物質粒子とさらに混合してもよいし、被覆層を構成する高分子化合物(A2)、正極活物質粒子及び導電助剤を同時に混合してもよいし、正極活物質粒子に被覆層を構成する高分子化合物(A2)を混合し、さらに導電助剤を混合してもよい。
被覆正極活物質粒子は、正極活物質粒子を、被覆層を構成する高分子化合物で被覆することで得ることができ、例えば、正極活物質粒子を万能混合機に入れて30~500rpmで撹拌した状態で、被覆層を構成する高分子化合物(A2)を含む樹脂溶液を1~90分かけて滴下混合し、さらに必要に応じて導電助剤を混合し、撹拌したまま50~200℃に昇温し、0.007~0.04MPaまで減圧した後に10~150分保持することにより得ることができる。
(正極用樹脂集電体)
正極用樹脂集電体は、正極用ポリオレフィン樹脂と正極用導電性フィラーとを含む正極用導電性樹脂組成物からなる。
正極用ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリシクロオレフィン(PCO)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、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(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。
正極用ポリオレフィン樹脂としては、1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
正極用ポリオレフィン樹脂として、市場から入手できるものとしては、負極用ポリオレフィン樹脂で例示したものが挙げられる。
これらのなかでも、正極用導電性樹脂組成物の融点を好適に付与する観点から、ランダムポリプロピレン、ランダムポリプロピレンとブロックポリプロピレンとの混合物が好ましく、ランダムポリプロピレンがより好ましい。
正極用導電性フィラーは、黒鉛、カーボンブラック、ハードカーボン及びカーボンナノチューブからなる群から選択される1種以上である。
これらのなかでも、少量の添加で高い導電性があるという観点から、カーボンブラック及びカーボンナノチューブが好ましい。
なお、カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等のいずれであってもよく、これらの混合物であってもよい。
正極用導電性フィラーの平均粒子径は、特に限定されるものではないが、電池特性の観点から、0.01~10μm程度であることが好ましい。
正極用導電性フィラーの形状(形態)は、特に限定されず、球状、フレーク状、葉状、樹枝状、プレート状、針状、棒状、ブドウ状等であってもよい。
正極用導電性フィラーの重量割合は、内部抵抗値を低減し、電気特性を向上する観点及び薄膜成形の観点から、正極用導電性樹脂組成物の重量を基準として15~30重量%であることが好ましい。
正極用導電性フィラーの重量割合は、正極用導電性樹脂組成物の重量を基準として18重量%以上であることがより好ましく、20重量%以上であることがさらに好ましく、25重量%以上であることが特に好ましい。
正極用導電性樹脂組成物の融点は、内部抵抗値を低減する観点及び薄膜成形の観点から、135~165℃であることが好ましい。
正極用導電性樹脂組成物の融点は、140~160℃であることがより好ましい。
正極用樹脂集電体は、必要に応じて、その他の成分を含んでもよい。
その他成分としては、負極用樹脂集電体で記載したものを適宜選択して用いることができる。
その他の成分の合計含有量は、正極用樹脂集電体の重量を基準として0.001~5重量%であることが好ましい。
正極用樹脂集電体の製造方法としては、例えば、正極用ポリオレフィン樹脂と正極用導電性フィラーと、必要に応じてその他成分を混合して正極用導電性樹脂組成物を用いること以外は、負極用樹脂集電体と同様の方法により製造することができる。
混合時の温度としては、160~220℃であることが好ましい。
正極用樹脂集電体は、被覆正極活物質粒子と接する第1の樹脂集電体層と、第1の樹脂集電体層に接する第2の樹脂集電体層を含んでもよい。
第2の樹脂集電体層としては、正極用ポリオレフィン樹脂と正極用導電性フィラーとを含む正極用導電性樹脂組成物からなるものであり、上述した正極用導電性樹脂組成物で記載したものを適宜選択して用いることができる。
このような構成の場合には、第1の樹脂集電体層の正極用導電性樹脂組成物と、第2の樹脂集電体層の正極用導電性樹脂組成物とを上述と同様の方法により準備し、共押出成形をすることにより正極用樹脂集電体を得ることができる。
正極用樹脂集電体の厚みとしては、特に限定されないが、5~150μmであることが好ましい。
なお、正極用樹脂集電体が第1の樹脂集電体層と第2の樹脂集電体層を有する場合も、厚みは、5~150μmであることが好ましい。
(正極の製造方法)
正極の製造方法としては、例えば、被覆正極活物質粒子及び電解液を含む正極用スラリーを正極用樹脂集電体の表面に塗布し、余分な電解液を除去することにより、被覆正極活物質粒子を含む層と正極用樹脂集電体とを備える正極を製造することができる。
電解液としては、上述した負極で記載したものを適宜選択して用いることができる。
被覆正極活物質粒子及び電解液を含む正極用スラリーは、結着剤を含まないことが好ましい。
正極用スラリーが結着剤を含まないことにより、被覆正極活物質粒子の位置が固定されておらず、被覆正極活物質粒子同士及び被覆正極活物質粒子同士及び被覆正極活物質粒子と正極用樹脂集電体とが不可逆的に固定されていない状態(非結着体)の正極を得ることができる。
被覆正極活物質粒子及び電解液を含む正極用スラリーは、粘着性樹脂が含まれていてもよい。
粘着性樹脂としては、負極で記載したものを適宜選択して用いることができる。
正極の厚みとしては、電池性能の観点から、150~600μmであることが好ましく、200~450μmであることがより好ましい。
[リチウムイオン電池]
本発明のリチウムイオン電池は、対極となる電極を組み合わせて、セパレータと共にセル容器に収納し、電解液を注入し、セル容器を密封することで得ることができる。
セパレータとしては、ポリエチレン又はポリプロピレン製の多孔性フィルム、多孔性ポリエチレンフィルムと多孔性ポリプロピレンとの積層フィルム、合成繊維(ポリエステル繊維及びアラミド繊維等)又はガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等の公知のリチウムイオン電池用のセパレータが挙げられる。
(セパレータ)
セパレータとしては、ポリエチレン又はポリプロピレン製の多孔性フィルム、多孔性ポリエチレンフィルムと多孔性ポリプロピレンとの積層フィルム、合成繊維(ポリエステル繊維及びアラミド繊維等)又はガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等の公知のリチウムイオン電池用のセパレータが挙げられる。
[実施例]
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明は実施例に限定されるものではない。なお、特記しない限り部は重量部、%は重量%を意味する。
<被覆層を構成する高分子化合物(A1-1)の作製>
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロート及び窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコにDMF150部を仕込み、75℃に昇温した。次いで、アクリル酸91部、メタクリル酸メチル9部及びDMF50部を配合した単量体組成物と、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.3部及び2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.8部をDMF30部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで2時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。
滴下終了後、75℃で反応を3時間継続した。次いで、80℃に昇温して反応を3時間継続し、樹脂濃度30%の共重合体溶液を得た。得られた共重合体溶液はテフロン(登録商標)製のバットに移して150℃、0.01MPaで3時間の減圧乾燥を行い、DMFを留去して共重合体を得た。この共重合体をハンマーで粗粉砕した後、乳鉢にて追加粉砕して、粉末状の高分子化合物(A1-1)を作製した。
高分子化合物(A1-1)に使用した単量体の種類と量を表1-1に示す。また、得られた高分子化合物(A1-1)について測定した重量平均分子量を表1-1に示す。
<重量平均分子量(Mw)の測定>
装置:Alliance GPC V2000(Waters社製)
溶媒:オルトジクロロベンゼン、DMF、THF
標準物質:ポリスチレン
サンプル濃度:3mg/ml
カラム固定相:PL gel 10um,MIXED-B 2本直列(ポリマーラボラトリーズ社製)
カラム温度:135℃
<被覆層を構成する高分子化合物(A1-2)及び(A1-3)、(A2-1)~(A2-3)の作製>
単量体の種類と量を表1-1に記載したように変更したこと以外は、高分子化合物(A1-1)と同様にして、高分子化合物(A1-2)及び(A1-3)、(A2-1)~(A2-3)を作製した。
高分子化合物(A1-2)及び(A1-3)、(A2-1)~(A2-3)に使用した単量体の種類と量を表1-1に示す。また、高分子化合物(A1-2)及び(A1-3)、(A2-1)~(A2-3)について測定した重量平均分子量を表1-1に示す。
なお、表1-1に記載の単量体(a1-1)~(a1-3)及び単量体(a2-1)~(a2-4)は、以下の通りである。
a1-1:アクリル酸
a1-2:メタクリル酸
a1-3:メタクリル酸メチル
a2-1:メタクリル酸ドデシル
a2-2:1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート
a2-3:アクリル酸ドコシル
a2-4:メタクリル酸プロピル
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
<負極用樹脂集電体(N-1)の作製>
2軸押出機にて、ブロックポリプロピレン[ポリオレフィン樹脂、商品名「サンアロマーPC684S」、サンアロマー(株)製]28部、ニッケル粉末[導電性フィラー、ニッケルパウダー Type255、ヴァーレ・ジャパン(株)製]67部及び分散剤[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]5部を200℃、200rpmの条件で溶融混練して、第1の樹脂集電体層に用いる負極用導電性樹脂組成物を得た。
2軸押出機にて、ブロックポリプロピレン[ポリオレフィン樹脂、商品名「サンアロマーPC684S」、サンアロマー(株)製]28部、カーボンナノチューブ[導電性フィラー、商品名:「FloTube9000」、CNano社製]67部及び分散剤[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]5部を200℃、200rpmの条件で溶融混練して第2の樹脂集電体層に用いる負極用導電性樹脂組成物を得た。
得られた第1の樹脂集電体層に用いる負極用導電性樹脂組成物と、第2の樹脂集電体層に用いる負極用導電性樹脂組成物とを、共押出しフィルム成形機に通して、それを延伸圧延することで、膜厚50μmの第1の樹脂集電体層と膜厚50μmの第2の樹脂集電体層とを備えた負極用樹脂集電体用導電性フィルムを得た。
次いで、得られた負極用樹脂集電体用導電性フィルムを17.0cm×17.0cmとなるように切断し、片面(第1の樹脂集電体層の表面)にニッケル蒸着を施した後、電流取り出し用の端子(5mm×3cm)を接続した負極用樹脂集電体(N-1)を作製した。
負極用樹脂集電体(N-1)の第1の樹脂集電体層に用いたポリオレフィン樹脂及び導電性フィラーの種類と量を表1-2に示す。また、負極用樹脂集電体(N-1)の第1の樹脂集電体層に用いた負極用導電性樹脂組成物の融点、及び、負極用樹脂集電体(N-1)の貫通抵抗値を表1-2に示す。
<融点の測定>
負極用樹脂集電体(N-1)に使用した負極用導電性樹脂組成物の融点は、DSC(示差走査熱量測定)を用い、JIS K 7122(転移熱測定法)に準じて測定した。
DSCに用いる装置としては、DSC2910[商品名、ティー・エイ・インスツルメント(株)製]を用いた。
<貫通抵抗値の測定>
負極用樹脂集電体(N-1)をΦ15の円形に打ち抜き、電気抵抗測定器[IMC-0240型、井元製作所(株)]及び抵抗器[RM3548、HIOKI製]を用いて抵抗値を測定した。
電気抵抗測定器に2.16kgの荷重をかけた状態での負極用樹脂集電体(N-1)の抵抗値を測定し、2.16kgの荷重をかけてから60秒後の値をその負極用樹脂集電体(N-1)の抵抗値とした。
下記の式に示すように、抵抗測定時の冶具の接触表面の面積(3.14cm)をかけた値を貫通抵抗値とした。
貫通抵抗値(Ω・cm)=抵抗値(Ω)×3.14(cm
<負極用樹脂集電体(N-2)の作製>
2軸押出機にて、高密度ポリエチレン[ポリオレフィン樹脂、商品名「サンテックB680」、旭化成ケミカルズ(株)製]28部、ニッケル粉末[導電性フィラー、ニッケルパウダー Type255、ヴァーレ・ジャパン(株)製]67部及び分散剤[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]5部を200℃、200rpmの条件で溶融混練して負極用導電性樹脂組成物を得た。
得られた負極用導電性樹脂組成物を、Tダイ押出しフィルム成形機に通して、それを延伸圧延することで、膜厚100μmの負極用樹脂集電体用導電性フィルムを得た。
次いで、得られた負極用樹脂集電体用導電性フィルムを17.0cm×17.0cmとなるように切断し、片面にニッケル蒸着を施した後、電流取り出し用の端子(5mm×3cm)を接続した負極用樹脂集電体(N-2)を作製した。
負極用樹脂集電体(N-2)に使用したポリオレフィン樹脂及び導電性フィラーの種類と量を表1-2に示す。また、負極用樹脂集電体(N-2)に使用した負極用導電性樹脂組成物の融点、及び、負極用樹脂集電体(N-2)の貫通抵抗値を表1-2に示す。
<負極用樹脂集電体(N-3)、正極用樹脂集電体(P-1)~(P-4)の作製>
ポリオレフィン樹脂の種類と量、及び、導電性フィラーの種類と量を表1-2に記載したように変更したこと以外は、負極用樹脂集電体(N-2)と同様にして、負極用樹脂集電体(N-3)を作製した。
負極用樹脂集電体(N-3)に使用したポリオレフィン樹脂の種類と量、及び、導電性フィラーの種類と量を表1-2に示す。
また、負極用樹脂集電体(N-3)について測定した融点及び貫通抵抗値を表1-2に示す。
<正極用樹脂集電体(P-1)の作製>
2軸押出機にて、ランダムポリプロピレン[ポリプロピレン樹脂、商品名「サンアロマーPC630S」、サンアロマー(株)製]28部、アセチレンブラック[導電性フィラー、デンカブラック粉状、デンカ(株)製]67部及び分散剤[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]5部を200℃、200rpmの条件で溶融混練して正極用導電性樹脂組成物を得た。
得られた正極用導電性樹脂組成物を、Tダイ押出しフィルム成形機に通して、それを延伸圧延することで、膜厚100μmの正極用樹脂集電体用導電性フィルムを得た。
次いで、得られた正極用樹脂集電体用導電性フィルムを17.0cm×17.0cmとなるように切断した後、電流取り出し用の端子(5mm×3cm)を接続した正極用樹脂集電体(P-1)を作製した。
正極用樹脂集電体(P-1)に使用したポリオレフィン樹脂及び導電性フィラーの種類と量を表1-2に示す。また、正極用樹脂集電体(P-1)に使用した負極用導電性樹脂組成物の融点、及び、正極用樹脂集電体(P-1)の貫通抵抗値を表1-2に示す。
<正極用樹脂集電体(P-2)~(P-4)の作製>
ポリオレフィン樹脂の種類と量、及び、導電性フィラーの種類と量を表1-2に記載したように変更したこと以外は、正極用樹脂集電体(P-1)と同様にして、正極用樹脂集電体(P-2)~(P-4)を作製した。
正極用樹脂集電体(P-2)~(P-4)に使用したポリオレフィン樹脂の種類と量、及び、導電性フィラーの種類と量を表1-2に示す。
また、正極用樹脂集電体(P-2)~(P-4)について測定した融点及び貫通抵抗値を表1-2に示す。
なお、表1-2に記載のポリオレフィン樹脂(R1)~(R3)及び導電性フィラー(F1)~(F4)は、以下の通りである。
R1:サンアロマーPC684S、サンアロマー(株)製
R2:サンテックB680、旭化成ケミカルズ(株)製
R3:サンアロマーPC630S、サンアロマー(株)製
F1:ニッケル粉末、ニッケルパウダー Type255、ヴァーレ・ジャパン(株)製
F2:アセチレンブラック、デンカブラック粉状、デンカ(株)製
F3:ファーネスブラック、#3030B、三菱化学(株)製
F4:カーボンナノチューブ、NC7000、Nanocyl(株)製
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(体積比率1:1)にLiN(FSOを2.0mol/Lの割合で溶解させて電解液を作製した。
(実施例1-1)
<負極の作製>
高分子化合物(A1-1)を、DMFに5.0重量%の濃度で溶解して得られた高分子化合物溶液を準備した。
負極活物質粒子(難黒鉛化性炭素、(株)クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製 カーボトロン(登録商標)PS(F))100部を万能混合機ハイスピードミキサーFS25[(株)アーステクニカ製]に入れ、室温、720rpmで撹拌した状態で、高分子化合物溶液9部を2分かけて滴下し、さらに5分撹拌した。
次いで、撹拌した状態で導電助剤であるアセチレンブラック[デンカ(株)製 デンカブラック(登録商標)]3部を分割しながら2分間で投入し、30分撹拌を継続した。
その後、撹拌を維持したまま0.01MPaまで減圧し、次いで撹拌と減圧度を維持したまま温度を140℃まで昇温し、撹拌、減圧度及び温度を8時間維持して揮発分を留去した。
得られた粉体を目開き200μmの篩いで分級し、被覆負極活物質粒子を得た。
上記電解液150部と上記炭素繊維4.2部とを遊星撹拌型混合混練装置{あわとり練太郎[(株)シンキー製]}を用いて2000rpmで5分間混合し、続いて上記電解液50部と上記被覆負極活物質粒子206部を追加した後、更にあわとり練太郎で2000rpmで2分間混合し、上記電解液20部を更に追加した。
その後、あわとり練太郎による撹拌を2000rpmで1分間行い、更に上記電解液2.3部を更に追加した後あわとり練太郎による撹拌を2000rpmで2分間混合して、負極用スラリーを作製した。
得られた負極用スラリーを活物質目付量が30mg/cmとなるよう、負極用樹脂集電体(N-1)の片面(第1の樹脂集電体層の表面)に塗布し、1.4MPaの圧力で約10秒プレスし、厚さが350μmの実施例1-1に係るリチウムイオン電池用負極(16.2cm×16.2cm)を作製した。
<正極の作製>
高分子化合物(A2-1)を、DMFに5.0重量%の濃度で溶解して得られた高分子化合物溶液を準備した。
正極活物質粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05粉末、体積平均粒子径4μm)84部を万能混合機ハイスピードミキサーFS25[(株)アーステクニカ製]に入れ、室温、720rpmで撹拌した状態で、高分子化合物溶液9部を2分かけて滴下し、さらに5分撹拌した。
次いで、撹拌した状態で導電助剤であるアセチレンブラック[デンカ(株)製 デンカブラック(登録商標)]3部を分割しながら2分間で投入し、30分撹拌を継続した。
その後、撹拌を維持したまま0.01MPaまで減圧し、次いで撹拌と減圧度を維持したまま温度を140℃まで昇温し、撹拌、減圧度及び温度を8時間維持して揮発分を留去した。
得られた粉体を目開き200μmの篩いで分級し、被覆正極活物質粒子を得た。
電解液42部と炭素繊維[大阪ガスケミカル(株)製 ドナカーボ・ミルド S-243:平均繊維長500μm、平均繊維径13μm:電気伝導度200mS/cm]4.2部とを遊星撹拌型混合混練装置{あわとり練太郎[(株)シンキー製]}を用いて2000rpmで5分間混合し、続いて上記電解液30部と上記の被覆正極活物質粒子206部を追加した。
その後、更にあわとり練太郎で2000rpmで2分間混合し、上記電解液を20部を更に追加した後、あわとり練太郎による撹拌を2000rpmで1分間行い、更に上記電解液を2.3部更に追加した後あわとり練太郎による撹拌を2000rpmで2分間混合して、正極用スラリーを作製した。
得られた正極用スラリーを目付量が80mg/cmとなるよう、正極用樹脂集電体(P-1)の片面に塗布し、1.4MPaの圧力で約10秒プレスし、厚さが340μmのリチウムイオン電池用正極(16.2cm×16.2cm)を作製した。
<リチウムイオン電池の作製>
得られた負極及び正極を、セパレータ(セルガード製#3501)を介して組み合わせ、実施例1-1に係るリチウムイオン電池を作製した。
作製したリチウムイオン電池の樹脂集電体に用いた負極用導電性樹脂組成物と、正極用導電性樹脂組成物との融点の差(負極用導電性樹脂組成物の融点-正極用導電性樹脂組成物の融点)を表1-3に示す。なお、実施例1-1では、負極用樹脂集電体(N-1)の第1の樹脂集電体層に使用した負極用導電性樹脂組成物の融点を用いて算出した。
また、作製したリチウムイオン電池の直流抵抗値(DCR)及び容量維持率を測定した。結果を表1-3に示す。
(サイクル試験)
実施例1-1~1-5及び比較例1-1~1-5で製造したリチウムイオン電池について、25℃下、充放電測定装置「バッテリーアナライザー1470型」[東陽テクニカ(株)製]を用いて、0.1Cの電流で4.2Vまで充電し、10分間の休止後、0.1Cの電流で2.5Vまで放電し、この充放電を50サイクル繰り返した。
<直流抵抗値(DCR)の測定>
容量維持率の測定で用いたリチウムイオン電池について、1サイクル目の直流抵抗値(初回DCR)と、50サイクル後の直流抵抗値(50サイクルDCR)を測定した。
初回DCRは、1サイクル目の放電開始からの10秒間の電圧降下から算出し、50サイクルDCRは、50サイクル目の放電開始からの10秒間の電圧降下から算出した。結果を表1-3に示す。
<容量維持率の測定>
サイクル試験の際の初回充電時の電池容量(初期放電容量)と、50サイクル目充電時の電池容量(50サイクル後放電容量)を測定した。下記式から放電容量維持率を算出した。結果を表1-3に示す。なお、数値が大きいほど、電池の劣化が少ないことを示す。
放電容量維持率(%)=(50サイクル目放電容量/1サイクル目放電容量)×100
<剥離試験>
(負極の評価方法)
上記負極の作製で得られた負極用スラリーを活物質目付量が80mg/cmとなるよう、負極用樹脂集電体(N-1)の片面(第1の樹脂集電体層の表面)に塗布し、1.4MPaの圧力で約10秒プレスし、厚さが350μmの剥離試験用負極を作製した。
作製した剥離試験用負極の被覆負極活物質粒子を含む層を有する側を90°折り曲げて、被覆負極活物質粒子と、負極用樹脂集電体との密着の様子を目視にて確認し、下記の評価基準により評価した。結果を表1-3に示す。
〇:変化なし(被覆負極活物質粒子を含む層にひびが発生せず、被覆負極活物質粒子と負極用樹脂集電体とが密着した状態を維持している)。
△:被覆負極活物質粒子を含む層にひびが発生したが、被覆負極活物質粒子と負極用樹脂集電体とが密着した状態を維持している。
×:被覆負極活物質粒子を含む層が、負極用樹脂集電体から剥離した。
(正極の評価方法)
上記正極の作製で得られた正極用スラリーを活物質目付量が30mg/cmとなるよう、正極用樹脂集電体(P-1)の片面に塗布し、1.4MPaの圧力で約10秒プレスし、厚さが340μmの剥離試験用正極を作製した。
作製した剥離試験正極の被覆正極活物質粒子を含む層を有する側を90°折り曲げて、被覆正極活物質粒子と、正極用樹脂集電体との密着の様子を目視にて確認し、下記の評価基準により評価した。結果を表1-3に示す。
〇:変化なし(被覆正極活物質粒子を含む層にひびが発生せず、被覆正極活物質粒子と正極用樹脂集電体とが密着した状態を維持している)。
△:被覆正極活物質粒子を含む層にひびが発生したが、被覆正極活物質粒子と正極用樹脂集電体とが密着した状態を維持している。
×:被覆正極活物質粒子を含む層が、正極用樹脂集電体から剥離した。
(実施例1-2~1-5、比較例1-1~1-5)
負極に用いる高分子化合物及び負極用樹脂集電体、及び、正極に用いる高分子化合物及び正極用樹脂集電体を表1-3に記載したように変更したこと以外は、実施例1-1と同様にして、リチウムイオン電池を作製した。
実施例1-1と同様にして、作製したリチウムイオン電池の直流抵抗値(DCR)及び容量維持率を測定した。結果を表1-3に示す。
また、負極に用いる高分子化合物及び負極用樹脂集電体、及び、正極に用いる高分子化合物及び正極用樹脂集電体を表1-3に記載したように変更したこと以外は、実施例1-1と同様にして、剥離試験用負極及び剥離試験用正極を作製して剥離試験を行った。結果を表1-3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
実施例1-1~1-5に係るリチウムイオン電池は、直流抵抗値(DCR)が低減され、かつ、サイクル特性に優れており、電気特性が向上されたリチウムイオン電池を得られることが確認された。
本発明のリチウムイオン電池では、負極用樹脂集電体に含まれる負極用導電性フィラーの体積抵抗率が50μΩcm~1Ωcmであることが好ましい。
また、負極用導電性フィラーの体積平均粒子径が1~15μmであることが好ましい。
また、負極用導電性フィラーが、チタン又は銅を含む無機金属化合物であることが好ましい。
さらに、負極用ポリオレフィン樹脂が、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン及びキシレンからなる群より選ばれる少なくとも1種に溶解する樹脂であることが好ましい。
以下に、上記のような特徴を備えるリチウムイオン電池、及び、当該リチウムイオン電池の負極用樹脂集電体として使用することができるリチウムイオン電池用樹脂集電体について説明する。
リチウムイオン電池は、高エネルギー密度、高出力密度が達成できる二次電池として、近年様々な用途に多用されており、より高性能のリチウムイオン電池を開発するために種々の材料が検討されている。
リチウムイオン電池は、高エネルギー密度、高出力密度であるがゆえに、電池が破損した際に火災が起こるリスクが高い。このため異常時における電池の安全性、信頼性を高める検討が種々なされてきた(特開2012-150896号公報、特開2013-201062号公報)。
近年、このようなリチウムイオン電池の集電体として金属箔に代わって樹脂及び導電性フィラーを含有する樹脂集電体用材料、並びに、該樹脂集電体用材料からなる樹脂集電体が提案されている(特許文献1)。
樹脂集電体は、短絡しても樹脂集電体自体の抵抗が大きいので短絡部位に向かって大電流が流れることはなく、急激な温度上昇が発生しないため発火も起きないという安全性のメリットがある。
しかしながら、導電性フィラーに炭素材料を用いる従来の樹脂集電体には、充放電に伴うリチウムイオンの出入りで導電性フィラーが膨潤、収縮することにより、樹脂集電体に体積変化が起きて導電パスが切断され、導電性が低下する等の劣化が生じるという課題があった。また、導電性フィラーにニッケル等の金属フィラーを用いる従来の樹脂集電体には、充電時又は時間の経過と共に金属フィラーが酸化あるいは合金化して、樹脂集電体の電気抵抗値(貫通抵抗値)が高くなることにより、電池性能を悪化させるという課題があった。
そのため、十分な導電性を有し、かつ充放電を繰り返しても電気抵抗値が悪化(上昇)しにくいリチウムイオン電池が要求されていた。
本発明者らは、鋭意検討した結果、特定の無機金属化合物を導電性フィラーとして用いることで、上記の要求に応えられることを見出した。
すなわち、以下に説明するリチウムイオン電池は、負極用樹脂集電体に含まれる負極用導電性フィラーの体積抵抗率が50μΩcm~1Ωcmである。
当該リチウムイオン電池は、十分な導電性を有し、かつ充放電を繰り返しても電気抵抗値が悪化(上昇)しにくい。
以下に、当該リチウムイオン電池の負極用樹脂集電体として使用することができるリチウムイオン電池用樹脂集電体について説明する。
[リチウムイオン電池用樹脂集電体]
リチウムイオン電池用樹脂集電体は、マトリックス樹脂及び導電性フィラーを含む樹脂組成物からなるリチウムイオン電池用樹脂集電体であって、前記導電性フィラーが無機金属化合物であり、前記導電性フィラーの体積抵抗率が50μΩcm~1Ωcmであることを特徴とする。
(マトリックス樹脂)
マトリックス樹脂としては、特に制限はなく、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。
前記マトリックス樹脂は、エチレン、プロピレン、スチレンクロロエチレン、トリクロロエチレン、フッ化ビニル、塩化ビニル、酢酸ビニル、塩化ビニリデン、(メタ)アクリロニトリル、フッ化ビニリデン、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸2-メチルヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、ピロメリット酸(無水物)、2-クロロ-1,4-フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、テレフタロイルクロライド、2,6-ジメチルフェニレンオキサイド、スチレン、4,4-ジクロロベンゾフェノン、2,6-ジメチル-1,4-フェニレンエーテル、テトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン等を単量体として重合することで得られる。
前記マトリックス樹脂は、1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
なお、(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸及びメタクリル酸を意味し、(メタ)アクリロニトリルとは、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルを意味し、ピロメリット酸(無水物)とは、ピロメリット酸及びピロメリット酸無水物を意味する。
前記マトリックス樹脂は、集電体製造の観点から、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン及びキシレンからなる群より選ばれる少なくとも1種に溶解する樹脂であることが好ましい。
N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド及びN-メチルピロリドンに溶解する樹脂としては、ポリアミド樹脂等が挙げられる。キシレンに溶解する樹脂としては、ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。
本明細書において、樹脂が溶媒に溶解するかの判断については、140℃で溶媒100gに対して樹脂が2g以上溶解した場合に、樹脂が当該溶媒に溶解するものと判断する。
前記マトリックス樹脂の重量平均分子量としては、特に限定されないが、成形性及び樹脂強度の観点から、5万~100万であることが好ましく、10万~50万であることがより好ましい。
なお、上記重量平均分子量は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)法により測定した重量平均分子量を意味する。測定条件としては、以下の通りである。
装置:高温ゲルパーミエイションクロマトグラフ[「Alliance GPC V2000」、Waters(株)製]
溶媒:オルトジクロロベンゼン
基準物質:ポリスチレン
サンプル濃度:3mg/ml
カラム固定相:PLgel 10μm、MIXED-B 2本直列[ポリマーラボラトリーズ(株)製]
カラム温度:135℃
前記マトリックス樹脂を得る方法としては、特に制限はなく、上述した材料を公知の方法により重合する等により得ることができる。
マトリックス樹脂の含有量は、集電体強度の観点から、前記リチウムイオン電池用樹脂集電体の重量を基準として、20~70重量%が好ましく、20~55重量%がより好ましく、20~40重量%が特に好ましい。
(導電性フィラー)
導電性フィラーは、無機金属化合物であり、かつ前記導電性フィラーの体積抵抗率が50μΩcm~1Ωcmである。
前記導電性フィラーの体積抵抗率が50μΩcm未満であると電池が何らかの事情で損傷した時の安全性を担保することが困難となり、前記導電性フィラーの体積抵抗率が1Ωcmを超えると集電体として必要な導電性を維持することができなくなる。
無機金属化合物は、金属元素と非金属元素を含む化合物である。
金属元素としては、銅、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン等が挙げられる。
非金属元素としては、炭素、窒素、硫黄、フッ素、リン、臭素、ヨウ素等が挙げられる。
無機金属化合物の具体例としては、炭化チタン、硫化銅(I)、硫化銅(II)、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、窒化バナジウム、炭化ニオブ、窒化ニオブ、炭化クロム、炭化モリブデン等が挙げられる。これらのうちリチウムイオン吸蔵のしにくさの観点から好ましいのは、チタン又は銅を含む無機金属化合物であり、より好ましいのは炭化チタン、硫化銅(I)である。
導電性フィラーの体積抵抗率は、以下の方法で測定した体積抵抗率(Ω・cm)を意味する。
Φ20の電気抵抗測定治具内に導電性フィラーを入れて20kNの荷重をかけた状態で、電気抵抗測定器(ロレスタPAシステムMCP-PD51、日東精工製)及び抵抗計(ロレスタ-GX MCP-T700、日東精工製)を用いて、導電性フィラーの体積抵抗率(Ω・cm)を測定する。
前記導電性フィラーの体積平均粒子径は、電池の電気特性及びフィルム成型性の観点から、1~15μmであることが好ましく、3~10μmであることがより好ましく、5~8μmであることがさらに好ましい。
体積平均粒子径は、マイクロトラック法(レーザー回折・散乱法)によって求めた粒度分布における積算値50%での粒径(Dv50)を意味する。マイクロトラック法とは、レーザー光を粒子に照射することによって得られる散乱光を利用して粒度分布を求める方法である。なお、体積平均粒子径の測定には、日機装(株)製のマイクロトラック等を用いることができる。
前記導電性フィラーの重量割合は、集電体の導電性及び電池のエネルギー密度の観点から、リチウムイオン電池用樹脂集電体の重量を基準として30~80重量%であることが好ましく、45~80重量%であることがより好ましく、60~80重量%であることが特に好ましい。
(その他の成分)
リチウムイオン電池用樹脂集電体は、必要に応じて、その他の成分を含んでもよい。
その他の成分としては、分散剤、着色剤、紫外線吸収剤、可塑剤(フタル酸骨格含有化合物、トリメリット酸骨格含有化合物、リン酸基含有化合物及びエポキシ骨格含有化合物等)等が挙げられる。
分散剤としては、三洋化成工業(株)製ユーメックスシリーズ、東洋紡(株)製ハードレンシリーズ、トーヨータックシリーズ、サンノプコ社製SNスパース70等を用いることができる。
着色剤、紫外線吸収剤及び可塑剤等は、公知のものを適宜選択して用いることができる。
その他の成分の合計含有量は、リチウムイオン電池用樹脂集電体の重量を基準として0.001~5重量%であることが好ましい。
リチウムイオン電池用樹脂集電体の厚さは特に限定されないが、5~150μmであることが好ましく、20~100μmであることがより好ましく、30~50μmであることが特に好ましい。
[リチウムイオン電池用樹脂集電体の製造方法]
リチウムイオン電池用樹脂集電体の製造方法は、マトリックス樹脂、導電性フィラー及び溶媒を含む樹脂組成物スラリーを基材表面に塗工する塗工工程と、前記塗工工程の後に、前記樹脂組成物スラリーが塗工された前記基材を乾燥する乾燥工程とを有するリチウムイオン電池用樹脂集電体の製造方法であって、前記導電性フィラーが無機金属化合物であり、前記導電性フィラーの体積抵抗率が50μΩcm~1Ωcmであることを特徴とする。
前記マトリックス樹脂及び前記導電性フィラーとしては、前述した材料を使用できる。
前記溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、1-メトキシ-2-プロパノール等のセロソルブ系溶媒、ジアセトンアルコール、アセトン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、4-メチル-2-ペンタノン、シクロヘキサノン、エチルシクロヘキサノン、1,2-ジメチルシクロヘキサン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等のケトン系溶媒、乳酸メチル、乳酸エチル等のエステル系溶媒、2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロパノール、塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン含有溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、1-ペンタノール、1-ブタノール等のアルコール系溶媒を挙げることができる。前記溶媒は単独であるいは2種以上併用して使用することができる。
これらのうち、製造安定性の観点から、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン又はキシレンが好ましい。
前記基材としては、特に制限はないが、ポリエチレンテレフタレート、フッ素系樹脂、紙、金属、ガラス板、ポリエステルフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム等の表面平滑な離型性基材等が挙げられる。
前記塗工工程は、前記基材の表面上にバーコーター、Tダイ、バー付きTダイ、ドクターナイフ、メイア・バー、ロール・コーター、ダイ・コーター等を用いて、又はスプレー、刷毛刷り、ロール、スピンコート、ディッピング等により厚さが均一になるように塗工される。また、1回の塗工で所望の膜厚が得られない場合は、繰り返し塗工することもできる。
前記乾燥工程については、特に制限はなく一般的に用いられる方法、例えば、前記樹脂組成物スラリーが塗工された前記基材を、多数のローラーを介して乾燥炉中を通過させる方法、オーブン中で乾燥する方法等が実施できる。乾燥温度は、用いるマトリックス樹脂の融点よりも10~100℃低い温度であることが好ましく、50~80℃低い温度であることがより好ましい。また、乾燥時間は、2~10時間であることが好ましく、5~8時間であることがより好ましい。
リチウムイオン電池用樹脂集電体は、また、以下の方法でも製造することができる。
マトリックス樹脂、導電性フィラー、及び、必要に応じてその他の成分を混合することにより、樹脂組成物を得る。
混合の方法としては、導電性フィラーのマスターバッチを得てから、さらにマトリックス樹脂と混合する方法、及び、全ての原料を一括して混合する方法等があり、その混合にはペレット状又は粉体状の成分を適切な公知の混合機、例えばニーダー、インターナルミキサー、バンバリーミキサー及びロールを用いることができる。
混合時の各成分の添加順序には特に限定はない。得られた混合物は、さらにペレタイザーなどによりペレット化又は粉末化してもよい。
得られた樹脂組成物を例えばフィルム状に成形することにより、リチウムイオン電池用樹脂集電体が得られる。フィルム状に成形する方法としては、Tダイ法、インフレーション法及びカレンダー法等の公知のフィルム成形法が挙げられる。なお、リチウムイオン電池用樹脂集電体は、フィルム成形以外の成形方法によっても得ることができる。
[リチウムイオン電池]
リチウムイオン電池は、上記リチウムイオン電池用樹脂集電体を備えるものであってもよい。上記リチウムイオン電池用樹脂集電体を正極用樹脂集電体として備えてもよく、負極用樹脂集電体として備えてもよい。また、上記リチウムイオン電池用樹脂集電体を正極用樹脂集電体及び負極用樹脂集電体の両方に用いてもよい。
上記リチウムイオン電池用樹脂集電体は、公知のリチウムイオン電池に適用することができる。
すなわち、正極活物質、負極活物質、電解液及びセパレータ等の材料としては、公知の材料を使用することができる。
なお、正極活物質は、正極活物質がアクリル系樹脂等の樹脂で被覆された被覆正極活物質であってもよく、負極活物質は、負極活物質がアクリル系樹脂等の樹脂で被覆された被覆負極活物質であってもよい。
[実施例]
(実施例2-1)
2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン16.3重量部を脱水したジメチルアセトアミド75重量部に溶解させ、さらにピロメリット酸無水物8.7重量部を加えて48時間攪拌し、25重量%のポリイミド前駆体溶液を作製した。
作製したポリイミド前駆体溶液63.2重量部に導電性フィラーとして炭化チタン[TiC、富士フィルム和光純薬(株)製、体積平均粒子径:6.0μm、体積抵抗率:0.002Ω・cm]を36.8重量部加え、樹脂組成物スラリーとした。
得られた樹脂組成物スラリーをガラス板上に塗布し、160℃のホットプレート上で1時間乾燥させ、溶媒を乾燥した。さらに電気炉に入れ、200℃で1時間、300℃で1時間、325℃で1時間加熱し、マトリックス樹脂がポリイミドで、厚みが35μmの樹脂集電体を得た。
(実施例2-2)
導電性フィラーとして炭化チタン[TiC、富士フィルム和光純薬(株)製、体積平均粒子径:5.4μm、体積抵抗率:0.0017Ω・cm]を用いたこと以外は実施例2-1と同様にして、樹脂集電体を作製した。
(実施例2-3)
ポリイミド前駆体溶液90.3重量部と炭化チタン[TiC、富士フィルム和光純薬(株)製]9.7重量部を混合したものを樹脂組成物スラリーとしたこと以外は実施例2-1と同様にして、樹脂集電体を作製した。
(実施例2-4)
ポリイミド前駆体溶液80.0重量部と炭化チタン[TiC、富士フィルム和光純薬(株)製]20.0重量部を混合したものを樹脂組成物スラリーとしたこと以外は実施例2-1と同様にして、樹脂集電体を作製した。
(実施例2-5)
ポリイミド前駆体溶液50.0部と炭化チタン[TiC、富士フィルム和光純薬(株)製]50.0重量部を混合したものを樹脂組成物スラリーとしたこと以外は実施例2-1と同様にして、樹脂集電体を作製した。
(実施例2-6)
導電性フィラーとして炭化チタン[TiC、関東化学株式会社製、体積平均粒子径:0.18μm、体積抵抗率:0.0009Ω・cm]を用いたこと以外は実施例2-1と同様にして、樹脂集電体を作製した。
(実施例2-7)
導電性フィラーとして炭化チタン[TiC、シグマアルドリッチ社製、体積平均粒子径:20.6μm、体積抵抗率:0.012Ω・cm]を用いたこと以外は実施例2-1と同様にして、樹脂集電体を作製した。
(実施例2-8)
導電性フィラーとして硫化銅(I)[CuS、富士フィルム和光純薬(株)製、体積平均粒子径:10.1μm、体積抵抗率:0.02Ω・cm]を用いたこと以外は実施例2-1と同様にして、樹脂集電体を作製した。
(実施例2-9)
ポリプロピレン[商品名[サンアロマーPM900A]、サンアロマー(株)社製]25重量部、分散剤[商品名[SNスパース70]、サンノプコ社製]5重量部、導電性フィラーとして炭化チタン[TiC、富士フィルム和光純薬(株)製、体積平均粒子径:6.0μm、体積抵抗率:0.002Ω・cm]70重量部を140℃のキシレンに溶解、混合しキャスト溶液を得た。
得られたキャスト溶液を銅箔上に塗布し、110℃のホットプレートで加熱して溶媒を除去したのち80℃の減圧乾燥機で乾燥した。銅箔上に形成したフィルムを剥離し、マトリックス樹脂がポリプロピレンで、厚みが20μmの樹脂集電体を得た。
(実施例2-10)
導電性フィラーとして硫化銅(I)[CuS、富士フィルム和光純薬(株)製、体積平均粒子径:10.1μm、体積抵抗率:0.02Ω・cm]を用いたこと以外は実施例2-9と同様にして、樹脂集電体を作製した。
(実施例2-11)
窒素雰囲気下において、2-クロロ-1,4-フェニレンジアミン(東京化成工業株式会社製)5.8重量部と4,4’-ジアミノジフェニルエーテル(東京化成工業株式会社製)19.2重量部を1-メチル-1-ピロリドン(超脱水、富士フィルム和光純薬株式会社製)75重量部に溶解し、この溶液を0℃に冷却した。
系内を窒素気流下、30℃以下に保った状態で、先に混合したジアミン溶液73.2重量部に対してテレフタロイルクロライド26.8重量部を添加して2時間攪拌を行い、芳香族ポリアミドを重合した。
得られた重合溶液90.7重量部に対して、炭酸リチウム(富士フィルム和光純薬株式会社製)8.58重量部及びジエタノールアミン(東京化成工業株式会社製)0.76重量部を加えて攪拌し、中和することで、樹脂濃度25%の芳香族ポリアミドの溶液を得た。
得られた芳香族ポリアミド溶液57.2重量部に対して分散剤[商品名[SNスパース70]、サンノプコ社製]2.8重量部、及び導電性フィラーとして炭化チタン[TiC、富士フィルム和光純薬(株)製、体積平均粒子径:6.0μm、体積抵抗率:0.002Ω・cm]40.0重量部を加えて攪拌し、樹脂組成物スラリーとした。
得られた樹脂組成物スラリーをガラス板上に塗布し、110℃のホットプレートで加熱して溶媒を除去したのち80℃の減圧乾燥機で乾燥した。銅箔上に形成したフィルムを剥離し、マトリックス樹脂がポリアミドで厚みが30μmの樹脂集電体を得た。
(実施例2-12)
導電性フィラーとして硫化銅(I)[CuS、富士フィルム和光純薬(株)製、体積平均粒子径:10.1μm、体積抵抗率:0.02Ω・cm]を用いたこと以外は実施例2-11と同様にして、樹脂集電体を作製した。
(比較例2-1)
導電性フィラーとしてアセチレンブラック[デンカ(株)製 デンカブラック(登録商標)、体積平均粒子径:35μm、体積抵抗率:0.1Ω・cm]を用いたこと以外は実施例2-1と同様にして、樹脂集電体を作製した。
(比較例2-2)
導電性フィラーとしてアセチレンブラック[デンカ(株)製 デンカブラック(登録商標)、体積平均粒子径:35μm、体積抵抗率:0.1Ω・cm]を用いたこと以外は実施例2-9と同様にして、樹脂集電体を作製した。
(比較例2-3)
導電性フィラーとしてアセチレンブラック[デンカ(株)製 デンカブラック(登録商標)、体積平均粒子径:35μm、体積抵抗率:0.1Ω・cm]を用いたこと以外は実施例2-11と同様にして、樹脂集電体を作製した。
(比較例2-4)
導電性フィラーとして炭化ケイ素[SiC、(株)高純度化学研究所製、体積平均粒子径:8.5μm、体積抵抗率:1.0×10Ω・cm]を用いたこと以外は実施例2-1と同様にして、樹脂集電体を作製した。
<集電体の体積抵抗値の測定>
実施例2-1~2-11及び比較例2-1~2-4で得た樹脂集電体をそれぞれφ15mmの試験片に裁断し、電気抵抗測定器[井元製作所社製、型番:IMC-0240]を用いて各樹脂集電体の抵抗値を測定した。
電気抵抗測定器に2.16kgの荷重をかけた状態での樹脂集電体の抵抗値を測定し、荷重をかけてから60秒後の値をその集電体の貫通抵抗値とした。
サンプル厚みの差異を考慮するため、下記の式に示すように、測定した貫通抵抗値をサンプル厚みで割り、抵抗測定時の治具の接触表面の面積(1.77cm)をかけた値を体積抵抗値として算出した。
体積抵抗値(Ω・cm)
=貫通抵抗値(Ω)÷サンプル厚み(cm)×1.77(cm
結果は、表2-1に記した。
<電解液の作製>
エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(体積比率1:1)にLiN(FSOを2.0mol/Lの割合で溶解させて電解液を作製した。
<サイクリックボルタンメトリー(CV)評価用セル(還元電位側)の作製>
正極側から、銅箔[商品名「電解銅箔(厚み0.2mm)」、古川電機工業(株)製]、リチウム金属箔(4.0cm)[商品名「リチウムフォイル(厚み0.5mm)」、本城金属(株)製]、セパレータ[商品名#3501]、セルガード社製]、実施例2-1~2-11及び比較例2-1~2-4で作製した樹脂集電体、銅箔をこの順に重ね合わせ、電解液を注入したのち酸素が入らないように真空ラミネートし、還元電位側CV評価用セルを作製した。
<還元電位側CV測定による集電体へのリチウム吸蔵有無の評価>
作製したハーフセルを用い、電位領域0~1.5V(vs.Li/Li+)、電位掃引速度35mV/sでサイクリックボルタンメトリー測定を行い、観測される電流変化を調べた。
測定結果から、以下の基準により集電体へのリチウム吸蔵の有無を評価した。
〇:電位0Vにおける単位面積当たりの還元電流値が5μAcm-2 未満、かつ電位1Vにおける単位面積当たりの酸化電流値が1μAcm-2 未満
×:電位0Vにおける単位面積当たりの還元電流値が5μAcm-2以上、もしくは電位1Vにおける単位面積当たりの酸化電流値が1μAcm-2以上
結果は、表2-1に記した。
表2-1に記載の通り、実施例2-1~2-11で作製した集電体において、集電体へのリチウム吸蔵が起こらず、耐還元電位性があることを確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
<被覆用正極高分子化合物の作製>
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロート及び窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、ラウリルメタクリレート95重量部、メタクリル酸4.6重量部、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート0.4重量部及びトルエン390重量部を仕込み75℃に昇温した。トルエン10重量部及び2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200重量部及び2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200重量部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800重量部をトルエン12.4重量部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに重合を2時間継続し、トルエンを488部加えて樹脂濃度30重量%の共重合体溶液(被覆用正極高分子化合物溶液)を得た。
<被覆用負極高分子化合物の作製>
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロート及び窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコにDMF150重量部を仕込み、65℃に昇温した。次いで、アクリル酸90重量部及びメタクリル酸メチル10重量部をDMF50重量部に溶解させた単量体組成物と、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.1重量部をDMF30重量部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで2時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、70℃に昇温して反応を2時間継続した。次いで、80℃に昇温して反応を2時間継続し、樹脂濃度30重量%の共重合体溶液(被覆用負極高分子化合物溶液)を得た。
<リチウムイオン電池用被覆正極活物質の作製>
正極活物質粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05粉末、体積平均粒子径4μm)87.5重量部を万能混合機ハイスピードミキサーFS25[(株)アーステクニカ製]に入れ、室温、720rpmで撹拌した状態で、被覆用正極高分子化合物溶液9.4重量部を2分かけて滴下し、さらに5分撹拌した。
次いで、撹拌した状態で導電助剤であるアセチレンブラック[デンカ(株)製 デンカブラック(登録商標)]3.1重量部を分割しながら2分間で投入し、30分撹拌を継続した。
その後、撹拌を維持したまま0.01MPaまで減圧し、次いで撹拌と減圧度を維持したまま温度を140℃まで昇温し、撹拌、減圧度及び温度を8時間維持して揮発分を留去した。
得られた粉体を目開き200μmの篩いで分級し、リチウムイオン電池用被覆正極活物質を作製した。
<リチウムイオン電池用被覆負極活物質の作製>
難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)((株)クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製 カーボトロン(登録商標)PS(F))80重量部を万能混合機ハイスピードミキサーFS25[(株)アーステクニカ製]に入れ、室温、720rpmで撹拌した状態で、被覆用負極高分子化合物溶液11重量部を2分かけて滴下し、さらに5分撹拌した。
次いで、撹拌した状態で導電助剤であるアセチレンブラック[デンカ(株)製 デンカブラック(登録商標)]9重量部を分割しながら2分間で投入し、30分撹拌を継続した。
その後、撹拌を維持したまま0.01MPaまで減圧し、次いで撹拌と減圧度を維持したまま温度を140℃まで昇温し、撹拌、減圧度及び温度を8時間維持して揮発分を留去した。
得られた粉体を目開き200μmの篩いで分級し、リチウムイオン電池用被覆負極活物質を作製した。
<リチウムイオン電池用正極の作製>
電解液42重量部と炭素繊維[大阪ガスケミカル(株)製 ドナカーボ・ミルド S-243:平均繊維長500μm、平均繊維径13μm:電気伝導度200mS/cm]4.2部とを遊星撹拌型混合混練装置{あわとり練太郎[(株)シンキー製]}を用いて2000rpmで5分間混合し、続いて上記電解液30重量部と上記リチウムイオン電池用被覆正極活物質206重量部を追加した後、更にあわとり練太郎で2000rpmで2分間混合し、上記電解液20重量部を更に追加した後、あわとり練太郎による撹拌を2000rpmで1分間行い、更に上記電解液を2.3重量部更に追加した後あわとり練太郎による撹拌を2000rpmで2分間混合して、正極活物質層用スラリーを作製した。得られた正極活物質層用スラリーを目付量が100mg/cmとなるよう、上記樹脂集電体の片面に塗布し、1.4MPaの圧力で約10秒プレスし、厚さが420μmのリチウムイオン電池用正極(16.2cm×16.2cm)を作製した。
<リチウムイオン電池用負極の作製>
電解液42重量部と炭素繊維[大阪ガスケミカル(株)製 ドナカーボ・ミルド S-243:平均繊維長500μm、平均繊維径13μm:電気伝導度200mS/cm]4.2重量部とを遊星撹拌型混合混練装置{あわとり練太郎[(株)シンキー製]}を用いて2000rpmで5分間混合し、続いて上記電解液30重量部と上記リチウムイオン電池用被覆負極活物質206重量部を追加した後、更にあわとり練太郎で2000rpmで2分間混合し、上記電解液を20重量部を更に追加した後、あわとり練太郎による撹拌を2000rpmで1分間行い、更に上記電解液を2.3重量部更に追加した後あわとり練太郎による撹拌を2000rpmで2分間混合して、負極活物質層用スラリーを作製した。得られた負極活物質層用スラリーを目付量が48mg/cmとなるよう、上記樹脂集電体の片面に塗布し、1.4MPaの圧力で約10秒プレスし、厚さが580μmのリチウムイオン電池用負極(17.0cm×17.0cm)を作製した。
<評価用電池の作製>
正極側から、カーボンコートアルミ箔[商品名「カーボンコートアルミ箔」、東洋アルミニウム(株)製]、正極、セパレータ[商品名#3501、セルガード社製]、負極、実施例2-1~2-11及び比較例2-1~2-4で作製した樹脂集電体、銅箔をこの順に重ね合わせ、電解液を注入したのち酸素が入らないように真空ラミネートし、充放電評価用電池を作製した。
評価用電池の正極、負極及び集電体はφ15mm(1.77cm)に打ち抜いて使用した。
<充放電による集電体機能の確認>
集電体機能の確認のため、作製した評価用電池を用い、25℃下、充放電測定装置「HJ-SD8」[北斗電工(株)製]を用いて、以下の方法によりリチウムイオン電池の初回性能の評価を行った。
定電流定電圧充電方式(CCCVモードともいう)で0.05Cの電流で4.2Vまで充電した後4.2Vを維持した状態で電流値が初期電流値の5%に低下するまで充電した。10分間の休止後、0.05Cの電流で1.5Vまで放電した。
このとき充電した容量を[初回充電容量(mAh)]、放電した容量を[初回放電容量(mAh)]とした。
上記の測定で得られた初回充電容量と初回放電容量を用い、以下の式で初回クーロン効率を算出した。
[初回クーロン効率(%)]=[初回放電容量]÷[初回充電容量]×100
また、放電開始からの10秒間の電圧降下から、以下の式で電気抵抗値(10sDCR)を算出した。
[10sDCR(Ω・cm)]=([放電開始前の電圧(V)]-[放電開始後10秒経過時の電圧(V)])/[放電時電流値(A)]×1.77(1.77cm
結果は、表2-2に記した。
表2-2の通り、実施例2-1~2-11で作製した集電体を用いて作製した電池の全てにおいて、4.2Vまでの充放電が可能であり、実施例2-1~2-11で作製した樹脂集電体が集電体機能を持つことを確認した。
また、実施例2-1~2-11で作製した樹脂集電体において、初回クーロン効率及び10sDCRの値が、集電体として銅箔を用いた場合(クーロン効率:70.8%、10sDCR:18.2Ω・cm)と同等であることを確認した。
なお、比較例2-1~2-3で作製した集電体を用いて作製した電池は実施例2-1~2-11で作製した樹脂集電体を用いた電池と比較して初回クーロン効率が低くなっていた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
本発明のリチウムイオン電池では、正極用樹脂集電体は、正極用導電性フィラーである第1導電性フィラーを含む第1導電性樹脂層と、第1導電性樹脂層上に形成されており、正極用導電性フィラーである第2導電性フィラーを含む第2導電性樹脂層とを備え、第1導電性フィラーは、真密度が1.1~1.8g/cmであり、第2導電性フィラーは、真密度が2.0~2.5g/cmであることが好ましい。
また、第1導電性フィラーの結晶子サイズ(Lc)が、1.0~2.0nmであり、第2導電性フィラーの結晶子サイズ(Lc)が、2.1~100nmであることが好ましい。
また、第1導電性フィラーが、ハードカーボンであることが好ましい。
また、第1導電性樹脂層に含まれる第1導電性フィラーの重量割合が、第1導電性樹脂層の重量に基づいて10~50重量%であることが好ましい。
以下に、上記のような特徴を備えるリチウムイオン電池、及び、当該リチウムイオン電池の正極用樹脂集電体として使用することができるリチウムイオン電池用樹脂集電体について説明する。
リチウムイオン(二次)電池は、高エネルギー密度、高出力密度が達成できる二次電池として、近年様々な用途に多用されている。
リチウムイオン電池は、高エネルギー密度、高出力密度が達成できる二次電池として、近年様々な用途に多用されており、より高性能のリチウムイオン電池を開発するために種々の材料が検討されている。
近年、このようなリチウムイオン電池の集電体として金属箔に代わって、樹脂集電体用分散剤、樹脂及び導電性フィラーを含有する樹脂集電体用材料、並びに、該樹脂集電体用材料を有する樹脂集電体が提案されている(特許文献1)。
樹脂集電体は、短絡しても樹脂集電体自体の抵抗が大きいので短絡部位に向かって大電流が流れることはなく、急激な温度上昇が発生しないため発火も起きないという安全性のメリットはある。しかしながら、充放電に伴うリチウムイオンの出入りで導電性フィラーが膨潤、収縮することにより、樹脂集電体に体積変化が起きて導電パスが切断され、導電性が低下する等の劣化が生じるという問題があった。
これを解決するために、導電性フィラーにリチウムイオンの入り込まない金属系フィラーを使用する等の検討がされてきた(特開2018-198196号公報)。
しかし、導電性フィラーとして金属系フィラーを使用すると、充電時又は時間の経過と共に金属系フィラーが酸化して、樹脂集電体の電気抵抗値(貫通抵抗値)が高くなることにより、リチウムイオン電池のサイクル特性が低下することがあり、更なる改善の余地があった。
そのため、充放電に伴う体積変化を小さくすることができ、サイクル特性の低下を抑制することができるリチウムイオン電池が求められていた。
本発明者らは、鋭意検討した結果、真密度が高い導電性カーボンを含む第1導電性樹脂層と、第1導電性樹脂層上に、真密度が低い導電性フィラーを含む第2導電性樹脂層とを備えることにより、充放電に伴う体積変化を小さくすることができ、サイクル特性の低下を抑制することができることを見出した。
すなわち、以下に説明するリチウムイオン電池において、正極用樹脂集電体は、前記正極用導電性フィラーである第1導電性フィラーを含む第1導電性樹脂層と、第1導電性樹脂層上に形成されており、正極用導電性フィラーである第2導電性フィラーを含む第2導電性樹脂層とを備え、第1導電性フィラーは、真密度が1.1~1.8g/cmであり、第2導電性フィラーは、真密度が2.0~2.5g/cmである。
当該リチウムイオン電池では、充放電に伴う体積変化を小さくすることができ、サイクル特性の低下を抑制することができる。
以下に、当該リチウムイオン電池の正極用樹脂集電体として使用することができるリチウムイオン電池用樹脂集電体について説明する。
<リチウムイオン電池用樹脂集電体>
リチウムイオン電池用樹脂集電体は、第1導電性フィラーを含む第1導電性樹脂層と、前記第1導電性樹脂層上に形成されており、第2導電性フィラーを含む第2導電性樹脂層とを備え、上記第1導電性フィラーは、真密度が1.1~1.8g/cmの導電性カーボンであり、
上記第2導電性フィラーは、真密度が2.0~2.5g/cmの導電性カーボンである。
第1導電性樹脂層及び第2導電性樹脂層は、いずれも導電性フィラーを含んでいるが、それぞれの導電性樹脂層には、導電性フィラーとして真密度の異なる導電性カーボンが含まれている。
具体的には、第1導電性樹脂層には、第1導電性フィラーとして、真密度が1.1~1.8g/cmの導電性カーボンが含まれており、第2導電性樹脂層には、第2導電性フィラーとして、真密度が2.0~2.5g/cmの導電性カーボンが含まれている。
そして、第1導電性樹脂層に含まれる導電性カーボンは、第2導電性樹脂層に含まれる導電性カーボンよりも真密度が小さい。
すなわち、導電性カーボンを含む2層の導電性樹脂層からなる樹脂集電体がある場合に、相対的に真密度の小さい導電性カーボンを含む導電性樹脂層を第1導電性樹脂層と定め、相対的に真密度の大きい導電性カーボンを含む導電性樹脂層を第2導電性樹脂層と定めることができる。
導電性フィラーの真密度は、JIS Z 8807:2012「固体の密度及び比重の測定方法」に準拠して、ゲーリュサック型(ピクノメータ・液相置換)法を用いて測定した値であり、例えば、AUTO TRUE DENSER MAT-7000[(株)セイシン企業社製]等を用いて測定することができる。
なお、第1導電性樹脂層又は第2導電性樹脂層が2種類以上の導電性フィラーを含む場合、第1導電性樹脂層に最も多く含まれる種類の導電性フィラーの真密度を代表値とし、また、第2導電性樹脂層に最も多く含まれる種類の導電性フィラーの真密度を代表値として、導電性フィラーの真密度の代表値同士を比較する。
比較の結果、真密度が大きい導電性フィラーを含む導電性樹脂層が第1導電性樹脂層となる。
(第1導電性樹脂層)
まずは、第1導電性樹脂層について説明する。
リチウムイオン電池用樹脂集電体において、第1導電性樹脂層は、第1導電性フィラーを含み、第1導電性フィラーは、真密度が1.1~1.8g/cmの導電性カーボンである。
このような導電性カーボンは、充放電によりリチウムイオンが出入りしたとしても、膨潤や収縮を起こさないだけの空間を保持する。そのため、充放電に伴う樹脂集電体の体積変化を小さくすることができる。
第1導電性フィラーは、真密度が1.2~1.7g/cmの導電性カーボンであることが好ましく、真密度が1.5~1.6g/cmの導電性カーボンであることがより好ましい。
第1導電性フィラーの結晶子サイズ(Lc)は、1.0~2.0nmであることが好ましい。
このような結晶子サイズ(Lc)を有することにより、リチウムイオンが出入りする空間を十分に保持することができる。
第1導電性フィラーの結晶子サイズ(Lc)は、1.0~1.5nmであることがより好ましく、1.0~1.2nmであることが更に好ましい。
なお、本明細書における導電性フィラーの結晶子サイズ(Lc)は、JIS K 0131「X線回折分析通則」に準拠してX線回折(XRD)法により測定した(002)回折線の結晶子サイズ(d(002)面の積み重なり)を意味する。
第1導電性フィラーとしては、例えば、ハードカーボン(難黒鉛化炭素)、カーボンナノファイバー等が挙げられるが、これに限定されるわけではない。
これらの中では、上記真密度の範囲を好適に満たすことから、ハードカーボンが好ましい。なお、第1導電性フィラーの形状は、球状、鱗片状及び塊状のいずれであっても良い。
第1導電性樹脂層に含まれる第1導電性フィラーの重量割合は、第1導電性樹脂層の重量に基づいて10~50重量%であることが好ましい。
第1導電性フィラーの重量割合を上記範囲とすることで、充放電によりリチウムイオンが出入りしても膨潤や収縮を起こさないだけの空間を十分に保持することができ、充放電に伴う樹脂集電体の体積変化を好適に抑制することができる。
第1導電性樹脂層に含まれる第1導電性フィラーの重量割合は、電気特性及び成膜性の観点から、第1導電性樹脂層の重量に基づいて10~40重量%であることがより好ましく、20~40重量%であることが更に好ましい。
第1導電性樹脂層は、ポリオレフィン樹脂を含むことが好ましい。
ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリオレフィン[ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)、及びポリシクロオレフィン(PCO)等]が挙げられる。より好ましくはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)及びポリメチルペンテン(PMP)が挙げられる。
また、これらのポリオレフィン樹脂の変性物(以下、変性ポリオレフィンという)又は混合物であってもよい。
ポリオレフィン樹脂としては、例えば、以下のものが市場から入手できる。
PE:「ノバテックLL UE320」「ノバテックLL UJ960」いずれも日本ポリエチレン(株)製
PP:「サンアロマーPM854X」「サンアロマーPC684S」「サンアロマーPL500A」「サンアロマーPC630S」「サンアロマーPC630A」「サンアロマーPB522M」「クオリアCM688A」いずれもサンアロマー(株)製、「プライムポリマーJ-2000GP」(株)プライムポリマー製、「ウィンテックWFX4T」日本ポリプロ(株)製
PMP:「TPX」三井化学(株)製
変性ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの共重合体に極性官能基を導入したものが挙げられ、極性官能基としては、カルボキシル基、1,3-ジオキソ-2-オキサプロピレン基、ヒドロキシル基、アミノ基、アミド基及びイミド基等が挙げられる。
ポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの共重合体に極性官能基を導入した変性ポリオレフィンの例としては、三井化学株式会社製アドマーシリーズ等が市販されている。
第1導電性樹脂層に含まれるポリオレフィン樹脂の重量割合は、第1導電性樹脂層の重量に基づいて50~90重量%であることが好ましい。
ポリオレフィン樹脂の重量割合が上記範囲であると、成形性が良好であり、薄膜化に適している。
第1導電性樹脂層は、第1導電性フィラーとは異なる導電材料を含有していてもよい。
導電材料の材質としては、金属[ニッケル、アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、銅及びチタン等]及びこれらの合金、並びにこれらの混合物が挙げられる。電気的安定性の観点から、好ましくはニッケルである。
また、導電材料として、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電材料(上記した導電材料のうち金属のもの)をめっき等でコーティングしたものでもよい。
第1導電性樹脂層は、ポリオレフィン樹脂と、第1導電性フィラーとの他に、さらに必要に応じ、その他の成分[導電材料用分散剤、着色剤、紫外線吸収剤、汎用の可塑剤(フタル酸骨格含有化合物、トリメリット酸骨格含有化合物、リン酸基含有化合物及びエポキシ骨格含有化合物等)]等を適宜含んでいてもよい。その他の成分の合計添加量は、電気的安定性の観点から、第1導電性樹脂層100重量部中0.001~5重量部であることが好ましく、さらに好ましくは0.001~3重量部である。
導電材料用分散剤としては、三洋化成工業株式会社製ユーメックスシリーズ、東洋紡株式会社製ハードレンシリーズ、トーヨータックシリーズ等が使用可能である。
第1導電性樹脂層の厚さは、25~65μmであることが好ましい。
上記範囲とすることにより、薄膜化と樹脂集電体の強度とを好適に両立することができる。
第1導電性樹脂層の厚さは、25~60μmであることがより好ましく、25~50μmであることが更に好ましい。
(第2導電性樹脂層)
リチウムイオン電池用樹脂集電体において、第2導電性樹脂層は、第2導電性フィラーを含み、第2導電性フィラーは、真密度が2.0~2.5g/cmの導電性カーボンである。
このような導電性カーボンを含有することにより、樹脂集電体の導電性を向上させることができる。
第2導電性フィラーは、真密度が2.1~2.4g/cmの導電性カーボンであることが好ましく、真密度が2.1~2.2g/cmの導電性カーボンであることがより好ましい。
第2導電性フィラーの結晶子サイズ(Lc)は、2.1~100nmであることが好ましい。
第2導電性フィラーの結晶子サイズ(Lc)は、2.5~60nmであることがより好ましく、3.0~50nmであることが更に好ましい。
第2導電性フィラーとしては、例えば、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)、天然又は人造の黒鉛(グラファイト)等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
これらの中では、上記真密度の範囲を好適に満たすことから、アセチレンブラック、ケッチェンブラックが好ましい。
なお、第2導電性フィラーの形状は、球状、鱗片状及び塊状のいずれであっても良いが、球状が好ましい。
第2導電性樹脂層に含まれる第2導電性フィラーの重量割合は、第2導電性樹脂層の重量に基づいて10~50重量%であることが好ましい。
第2導電性フィラーの重量割合を上記範囲とすることにより、電気特性を好適に付与することができる。
第2導電性樹脂層に含まれる第2導電性フィラーの重量割合は、第2導電性樹脂層の重量に基づいて10~40重量%であることがより好ましく、20~30重量%であることが更に好ましい。
第2導電性樹脂層は、ポリオレフィン樹脂を含むことが好ましい。
上記ポリオレフィン樹脂としては、第1導電性樹脂層で記載したものを適宜選択して用いることができる。
第2導電性樹脂層に含まれるポリオレフィン樹脂の重量割合は、第2導電性樹脂層の重量に基づいて50~90重量%であることが好ましい。
ポリオレフィン樹脂の重量割合が上記範囲であると、成形性が良好であり、薄膜化に適している。
第2導電性樹脂層は、第2導電性フィラーとは異なる導電材料を含有していてもよい。
上記導電材料としては、第1導電性樹脂層で記載したものを適宜選択して用いることができる。
第2導電性樹脂層は、ポリオレフィン樹脂と、第2導電性フィラーとの他に、さらに必要に応じ、その他の成分を適宜含んでもよい。
上記その他の成分としては、第1導電性樹脂層で記載したものを適宜選択して用いることができる。
その他の成分の合計添加量は、電気的安定性の観点から、第2導電性樹脂層100重量部中0.001~5重量部であることが好ましく、さらに好ましくは0.001~3重量部である。
第2導電性樹脂層の厚さは、25~65μmであることが好ましい。
上記範囲とすることにより、薄膜化と樹脂集電体の強度とを好適に両立することができる。
第2導電性樹脂層の厚さは、25~60μmであることがより好ましく、25~50μmであることが更に好ましい。
(リチウムイオン電池用樹脂集電体の特性)
リチウムイオン電池用樹脂集電体は、電気抵抗値(貫通抵抗値)が40Ω・cm以下であることが好ましく、35Ω・cm以下であることがより好ましく、30Ω・cm以下であることが更に好ましく、25Ω・cm以下であることが特に好ましい。
なお、電気抵抗値(貫通抵抗値)は、以下の方法により測定することができる。
3cm×10cmの短冊状に裁断した樹脂集電体を測定用試験片とし、抵抗計[RM3548、HIOKI製]を接続した電気抵抗測定器[IMC-0240型、井元製作所(株)製]の電極間に試験片を挟み、電極に2.16kgの荷重をかけながら抵抗値を測定する。加重をかけてから60秒後の値に電極と試験片との接触面積(3.14cm)をかけた値を厚さ方向における電気抵抗値とすることができる。なお、電気抵抗測定器[IMC-0240型、井元製作所(株)製]は、JIS K 6378-5において厚さ方向における体積電気抵抗の測定に用いる装置に準拠した試験片を正負電極間に挟んで抵抗値の測定を行うための装置である。
リチウムイオン電池用樹脂集電体は、上述したように電気抵抗値(貫通抵抗値)を十分に低くすることができる。また、真密度が高い導電性カーボンを含む第1導電性樹脂層と、第1導電性樹脂層上に、真密度が低い導電性フィラーを含む第2導電性樹脂層とを備えることにより、充放電に伴う体積変化を小さくすることができ、導電パスの切断による導電性の低下が起こらない。
そのため、リチウムイオン電池用樹脂集電体は、リチウムイオン電池のサイクル特性の低下を抑制することができる。
<リチウムイオン電池用樹脂集電体の製造方法>
リチウムイオン電池用樹脂集電体の製造方法は、第1面が第1導電性フィラーを含む第1導電性樹脂層からなり、第2面が第2導電性フィラーを含む第2導電性樹脂層からなるリチウムイオン電池用樹脂集電体の製造方法であって、上記第1導電性フィラーは、真密度が1.1~1.8g/cmの導電性カーボンであり、上記第2導電性フィラーは、真密度が2.0~2.5g/cmの導電性カーボンであり、上記第1導電性フィラーを含む第1導電性樹脂組成物及び上記第2導電性フィラーを含む第2導電性樹脂組成物を共押出しして積層する工程を有する。
第1導電性樹脂組成物を得る方法としては、第1導電性フィラーのマスターバッチを得てからさらにポリオレフィン樹脂と混合する方法、ポリオレフィン樹脂、第1導電性フィラー、及び、必要に応じてその他の成分のマスターバッチを用いる方法、及び、全ての原料を一括して混合する方法等があり、その混合にはペレット状又は粉体状の成分を適切な公知の混合機、例えばニーダー、インターナルミキサー、バンバリーミキサー及びロール等を用いることができる。
混合時の各成分の添加順序には特に限定はない。得られた混合物は、さらにペレタイザーなどによりペレット化又は粉末化してもよい。
第2導電性樹脂組成物を得る方法としては、上記第1導電性樹脂組成物を得る方法において、第1導電性フィラーを第2導電性フィラーに変更すること以外は同様の方法を適用することができる。
リチウムイオン電池用樹脂集電体の製造方法は、第1導電性樹脂組成物及び第2導電性樹脂組成物を共押出しして積層する工程を有する。
上記工程を有することにより、第1導電性樹脂層と、第2導電性樹脂層との界面抵抗値を低減することができる。
共押出をする方法としては特に限定されず、Tダイ法や、インフレーション法等、公知の方法を適宜用いることができる。
<リチウムイオン電池>
リチウムイオン電池用樹脂集電体は、第2導電性樹脂層を電極活物質と接しない側にし、第1導電性樹脂層を電極活物質と接する側にして用いることが好ましい。
このように用いることにより、電気特性を好適に付与できるとともに、充放電に伴う体積変化を好適に抑制することができる。
また、リチウムイオン電池用樹脂集電体を用いたリチウムイオン電池をバイポーラ電池として使用する場合に、第1導電性樹脂層を電極活物質と接する側に有することにより、接触抵抗値を好適に低減することができる。
なお、リチウムイオン電池用樹脂集電体は、負極用樹脂集電体又は正極用樹脂集電体のいずれにも用いることができる。
リチウムイオン電池用樹脂集電体は、公知のリチウムイオン電池に適用することができる。
すなわち、正極活物質、負極活物質、電解液及びセパレータ等の材料としては、公知の材料を使用することができる。
なお、正極活物質は、正極活物質がアクリル系樹脂等の樹脂で被覆された被覆正極活物質であってもよく、負極活物質は、負極活物質がアクリル系樹脂等の樹脂で被覆された被覆負極活物質であってもよい。
[実施例]
<第1導電性フィラー及び第2導電性フィラー>
第1導電性フィラー及び第2導電性フィラーとして、表3-1に記載の材料を準備した。
なお、表3-1中、HCはハードカーボン、ABはアセチレンブラックを示す。また、真密度及び結晶子サイズは、明細書に記載の方法を用いて測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
<ポリオレフィン樹脂>
PP(ポリプロピレン、商品名「サンアロマーPC684S」、ポリエチレン社製)
<分散剤>
分散剤(商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製)
(実施例3-1)
第1導電性フィラー(HC)30重量%、ポリオレフィン樹脂66.5重量%、及び、分散剤3.5重量%を、2軸押出機を用いて180℃、100rpm、滞留時間5分の条件で溶融混練して第1導電性樹脂組成物を準備した。
一方で、第2導電性フィラー(AB)30重量%、ポリオレフィン樹脂66.5重量%、及び、分散剤3.5重量%を、2軸押出機を用いて180℃、100rpm、滞留時間5分の条件で溶融混練して第2導電性樹脂組成物を準備した。
第1導電性樹脂組成物、及び、第2導電性樹脂組成物をTダイから共押出して、第1導電性樹脂層と第2導電性樹脂層とを備えるリチウムイオン電池用樹脂集電体を作製した。
<貫通抵抗値の測定>
作製したリチウムイオン電池用樹脂集電体を3cm×10cmの短冊状に裁断して測定用試験片とし、抵抗計[RM3548、HIOKI製]を接続した電気抵抗測定器[IMC-0240型、井元製作所(株)製]の電極間に試験片を挟み、電極に2.16kgの荷重をかけながら抵抗値を測定し、2.16kgの荷重をかけてから60秒後の値をその樹脂集電体の抵抗値とした。下記の式に示すように、抵抗測定時の冶具の接触表面の面積(3.14cm)をかけた値を貫通抵抗値(Ω・cm)とした。その結果を表3-2に示す。
貫通抵抗値(Ω・cm)=抵抗値(Ω)×3.14(cm
<抵抗変化率の測定>
以下の方法により、リチウムイオン電池用樹脂集電体を正極、負極ともに備えるリチウムイオン電池を作製し、抵抗変化率を測定した。
(電解液の調製)
エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(体積比率1:1)にLiN(FSOを1mol/Lの割合で溶解させて電解液を作製した。
(負極活物質スラリーの作製)
上記電解液36部に難黒鉛化性炭素粒子[(株)クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製カーボトロン(登録商標)、体積平均粒子径25μm]63部及び導電材料である炭素繊維[大阪ガスケミカル(株)製 ドナカーボ・ミルド S-243]1部を添加した後、遊星撹拌型混合混練装置{あわとり練太郎[(株)シンキー製]}を用いて2000rpmで1.5分間混合して負極活物質スラリーを作製した。
(正極活物質スラリーの作製)
導電性炭素フィラー[商品名デンカブラック、デンカ(株)製]1部と正極活物質粒子としてのLiNi0.8Co0.15Al0.05粉末57部を上記電解液42部と混合して、正極活物質スラリーを作製した。
(セパレータ本体の製造)
平板状のセルガード2500(PP製、厚さ25μm)を14mm×14mmの正方形に切り出して、セパレータ本体とした。
(リチウムイオン電池の作製)
実施例3-1の方法で作製したリチウムイオン電池用樹脂集電体を準備し、第1導電性樹脂層を有する側の面に正極活物質スラリーを塗工して厚みが300μmの正極活物質層を作製した。
その一方で、実施例3-1の方法で作製したリチウムイオン電池用樹脂集電体を準備し、第1導電性樹脂層を有する側の面に負極活物質スラリーを塗工して厚みが300μmになる負極活物質層を作製した。
正極活物質層が形成された面を上にして、枠状部材に配置されたセパレータを重ねた。その後、枠状部材に配置されたセパレータを反転させて、負極活物質層が形成された面の上に重ねた。枠状部材のシール層(枠状部材と、正極の樹脂集電体又は負極の樹脂集電体とが接する部分)の3辺をヒートシールし、残った1辺を真空シールして接着し、リチウムイオン単電池を得た。
(抵抗変化率の測定)
作製したリチウムイオン単電池について、完全放電後に充電を行って、電圧を確認してSOC50%に調整した。その後、0.1Cで10秒間放電を行った。0.1C相当の電流値I0.1Cと、充電後の電圧と放電後の電圧との間の電圧変化ΔV0.1Cから、直流抵抗値を測定した。上記の計測結果より、オームの法則に従って抵抗値(Ω)が算出できる。これに電極面積(正極活物質層の面積)を乗じて面積抵抗値(Ω・cm)を算出し、これを初回面積抵抗値(Ω・cm)とした。
次いで、完全放電と充電を繰り返し9回行った後、電圧を確認してSOC50%に調整した。その後、0.1Cで10秒間放電を行った。0.1C相当の電流値I0.1Cと、充電後の電圧と放電後の電圧との間の電圧変化ΔV0.1Cから、直流抵抗値を測定した。初回面積抵抗値と同様にして面積抵抗値(Ω・cm)を算出し、これを10回目面積抵抗値(Ω・cm)とした。
抵抗変化率(%)を次の式にて算出した。結果を表3-2に示す。
抵抗変化率(%)=10回目面積抵抗値(Ω・cm)/初回面積抵抗値(Ω・cm
(実施例3-2~3-9、比較例3-1~3-3)
第1導電性樹脂組成物、及び、第2導電性樹脂組成物を、表3-2に記載のように変更した他は実施例3-1と同様にしてリチウムイオン電池用樹脂集電体を作製した。
その後、実施例3-1と同様にして、リチウムイオン電池用樹脂集電体の貫通抵抗値を測定した。
更に、実施例3-1と同様にして、実施例3-2~3-9及び比較例3-1~3-3で作製したリチウムイオン電池用樹脂集電体を備えるリチウムイオン単電池を作製し、実施例3-1と同様にして抵抗変化率を測定した。その結果を表3-2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
実施例3-1~3-9に係るリチウムイオン電池用樹脂集電体では、貫通抵抗値が低かった。また、実施例3-1~3-9に係るリチウムイオン電池用樹脂集電体を備えるリチウムイオン電池では、抵抗変化率が小さかった。
この結果から、実施例3-1~3-9に係るリチウムイオン電池用樹脂集電体では、体積変化が起こらず、導電パスの切断等が起こらなかったと判断される。
そのため、実施例3-1~3-9に係るリチウムイオン電池用樹脂集電体では、充放電に伴う樹脂集電体の体積変化を小さくすることができ、リチウムイオン電池のサイクル特性の低下を抑制することができる。
以下に、本発明のリチウムイオン電池に使用することができる、リチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子について説明する。なお、以下に説明するリチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子は、本発明のリチウムイオン電池以外のリチウムイオン電池に使用することもできる。
近年、環境保護のため、二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できるリチウムイオン電池に注目が集まっている。
例えば、特開2017-160294号公報には、炭素数1~12の1価の脂肪族アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化合物及びアニオン性単量体を含んでなる単量体組成物の重合体であり、酸価が30~700である重合体を含んでなる非水系二次電池活物質被覆用樹脂組成物、及び、上記活物質被覆用樹脂組成物を含んでなる被覆層を活物質の表面の少なくとも一部に有する非水系二次電池用被覆活物質が開示されている。
特開2017-160294号公報によれば、特定の樹脂を用いて活物質の表面を被覆することにより、電池の内部抵抗を抑えることができ、その結果、サイクル特性が向上するとされている。しかしながら、特許文献1に開示された活物質被覆用樹脂組成物は、リチウムイオン電池のサイクル特性及びレート特性の観点から、改善の余地があった。
そのため、サイクル特性及びレート特性に優れるリチウムイオン電池を得ることができるリチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子、及び、上記リチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子を備えるリチウムイオン電池が要求されていた。
以下に説明するリチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子は、電極活物質粒子表面の少なくとも一部が被覆層で被覆された被覆電極活物質粒子であって、上記被覆層が高分子電解質組成物を含み、上記高分子電解質組成物が、下記一般式(1)で表示される単量体(m1)及び/又は下記一般式(2)で表示される単量体(m2)と下記一般式(3)で表示される単量体(m3)とを含む単量体組成物の重合体(P)及びリチウム塩を含み、上記単量体組成物における上記単量体(m1)と上記単量体(m2)との合計重量割合が上記単量体組成物の重量を基準として10~60重量%であり、上記単量体組成物における上記単量体(m3)の重量割合が上記単量体組成物の重量を基準として40~90重量%であり、上記重合体(P)の重量割合が上記高分子電解質組成物の重量を基準として70~90重量%であり、上記リチウム塩の重量割合が上記高分子電解質組成物の重量を基準として10~30重量%であり、上記高分子電解質組成物の重量割合が、上記被覆電極活物質粒子の重量を基準として1~6重量%であるリチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
[一般式(1)中、Rは水素原子又はメチル基を表す。]
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
[一般式(2)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Xは炭素数1~2のアルキレン基を表す。]
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
[一般式(3)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Rは水素原子、炭素数4~12のアルキル基又は末端に(メタ)アクリロイル基を有する炭素数2~6のアルキル基を表す。]
また、上記被覆電極活物質粒子を備えるリチウムイオン電池についても説明する。
当該リチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子を用いることにより、サイクル特性及びレート特性に優れるリチウムイオン電池を得ることができる。
リチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子は、電極活物質粒子表面の少なくとも一部が被覆層で被覆された被覆電極活物質粒子であって、上記被覆層が高分子電解質組成物を含み、上記高分子電解質組成物が、下記一般式(1)で表示される単量体(m1)及び/又は下記一般式(2)で表示される単量体(m2)と下記一般式(3)で表示される単量体(m3)とを含む単量体組成物の重合体(P)及びリチウム塩を含み、上記単量体組成物における上記単量体(m1)と上記単量体(m2)との合計重量割合が上記単量体組成物の重量を基準として10~60重量%であり、上記単量体組成物における上記単量体(m3)の重量割合が上記単量体組成物の重量を基準として40~90重量%であり、上記重合体(P)の重量割合が上記高分子電解質組成物の重量を基準として70~90重量%であり、上記リチウム塩の重量割合が上記高分子電解質組成物の重量を基準として10~30重量%であり、上記高分子電解質組成物の重量割合が、上記被覆電極活物質粒子の重量を基準として1~6重量%である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
[一般式(1)中、Rは水素原子又はメチル基を表す。]
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
[一般式(2)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Xは炭素数1~2のアルキレン基を表す。]
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
[一般式(3)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Rは水素原子、炭素数4~12のアルキル基又は末端に(メタ)アクリロイル基を有する炭素数2~6のアルキル基を表す。]
上記一般式(1)で表される単量体(m1)としては、ビニルピロリドン及びα-メチルビニルピロリドン等が挙げられる。単量体(m1)として、単量体1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
上記一般式(2)で表される単量体(m2)としては、(2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルアクリレート、(2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルメタクリレート、(2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)エチルアクリレート及び(2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)エチルメタクリレート等が挙げられる。単量体(m2)として、単量体1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
上記一般式(3)で表される単量体(m3)としては、(メタ)アクリル酸、2-エチルヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ブチルメタクリレート及び1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート等が挙げられる。単量体(m3)として、単量体1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
リチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子は、電極活物質粒子表面の少なくとも一部が被覆層で被覆された被覆電極活物質粒子である。被覆電極活物質粒子においては、上記被覆層は高分子電解質組成物を含む。
上記高分子電解質組成物は、上記単量体(m1)及び/又は上記単量体(m2)と上記単量体(m3)とを含む単量体組成物の重合体(P)を含む。
上記単量体組成物における上記単量体(m1)と上記単量体(m2)との合計重量割合は、上記単量体組成物の重量を基準として10~60重量%である。
上記単量体組成物における上記単量体(m1)と上記単量体(m2)との合計重量割合が上記単量体組成物の重量を基準として10重量%未満であると、重合体(P)のイオン伝導性が悪化し、60重量%を超えると、重合体(P)の耐電解液溶解性が悪化する。耐電解液溶解性の観点から、上記単量体組成物における上記単量体(m1)と上記単量体(m2)との合計重量割合は、上記単量体組成物の重量を基準として20~55重量%であることが好ましく、20~50重量%であることがより好ましい。
上記単量体組成物における上記単量体(m3)の重量割合は、上記単量体組成物の重量を基準として40~90重量%である。
上記単量体組成物における上記単量体(m3)の重量割合が上記単量体組成物の重量を基準として40重量%未満であると上記重合体(P)が硬くなりイオン伝導性が悪化し、90重量%を超えると、後述するリチウム塩が部分析出し重合体(P)のイオン伝導性が悪化する。
イオン伝導性の観点から、上記単量体組成物における上記単量体(m3)の重量割合は、上記単量体組成物の重量を基準として45~80重量%であることが好ましく、50~80重量%であることがより好ましい。
上記単量体組成物は、物性を損なわない範囲で、上記単量体(m1)、(m2)及び(m3)以外の単量体を含んでもよい。イオン伝導性及び耐電解液溶解性の観点から、上記単量体組成物における上記単量体(m1)、(m2)及び(m3)以外の単量体の重量割合は、上記単量体組成物の重量を基準として5重量%以下であることが好ましい。
上記高分子電解質組成物に含まれる上記重合体(P)の絶対分子量は、高分子電解質組成物の強度と柔軟性の観点から、15,000~100,000であることが好ましい。
絶対分子量の測定には、例えば、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)の多角度光散乱検出器(MALS)や静的光散乱(SLS)を使用することができる。本願においては、SLSを用いて絶対分子量を測定した。絶対分子量の測定条件は以下の通りである。
なお、本測定で用いられる溶媒は上記重合体(P)が溶解するものであれば特に限定されない。また各サンプルの屈折率濃度勾配(dn/dc)はDLS-8000DLS付属の示差屈折率測定DRM-3000を用いて測定することができる。
装置:DLS-8000DSL[大塚電子(株)製]
測定モード:SLS
測定セル:円筒セル
測定温度:25℃
検体数:4個(濃度違い)
上記高分子電解質組成物に含まれる上記重合体(P)の重量割合は、上記高分子電解質組成物の重量を基準として70~90重量%である。上記高分子電解質組成物に含まれる上記重合体(P)の重量割合が、上記高分子電解質組成物の重量を基準として70重量%未満であると、高分子電解質組成物に部分的にリチウム塩が析出するため電池性能が不安定化し、90重量%を超えると、高分子電解質組成物のイオン伝導性が悪化する。
耐電解液溶解性及びイオン伝導性の観点から、上記高分子電解質組成物に含まれる上記重合体(P)の重量割合は75~85重量%であることが好ましい。
上記重合体(P)は、上記単量体組成物を公知の重合開始剤{アゾ系開始剤[2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)等]、パーオキサイド系開始剤(ベンゾイルパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ラウリルパーオキサイド等)等}を使用して公知の重合方法(塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合等)により重合して製造することができる。
重合開始剤の使用量は、絶対分子量を好ましい範囲に調整する等の観点から、モノマーの全重量に基づいて好ましくは0.01~5重量%、より好ましくは0.03~2重量%、さらに好ましくは0.04~1.5重量%である。重合温度及び重合時間は重合開始剤の種類等に応じて調整されるが、重合温度は好ましくは-5~150℃、(より好ましくは30~120℃)、反応時間は好ましくは0.1~50時間(より好ましくは2~24時間)で行われる。
溶液重合の場合に使用される溶媒としては、例えばエステル(炭素数2~8、例えば酢酸エチル及び酢酸ブチル)、アルコール(炭素数1~8、例えばメタノール、エタノール及びオクタノール)、炭化水素(炭素数4~8、例えばn-ブタン、シクロヘキサン及びトルエン)、アミド(例えばN,N-ジメチルホルムアミド)及びケトン(炭素数3~9、例えばメチルエチルケトン)が挙げられ、絶対分子量を好ましい範囲に調整する等の観点から、その使用量はモノマーの合計重量に基づいて好ましくは5~900重量%、より好ましくは10~400重量%、さらに好ましくは30~300重量%である。モノマー濃度としては、好ましくは10~95重量%、より好ましくは20~90重量%、さらに好ましくは30~80重量%である。
乳化重合及び懸濁重合における分散媒としては、水、アルコール(例えばエタノール)、エステル(例えばプロピオン酸エチル)、軽ナフサ等が挙げられ、乳化剤としては、高級脂肪酸(炭素数10~24)金属塩(例えばオレイン酸ナトリウム及びステアリン酸ナトリウム)、高級アルコール(炭素数10~24)硫酸エステル金属塩(例えばラウリル硫酸ナトリウム)、エトキシ化テトラメチルデシンジオール、メタクリル酸スルホエチルナトリウム、メタクリル酸ジメチルアミノメチル等が挙げられる。さらに安定剤としてポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等を加えてもよい。
溶液又は分散液のモノマー濃度は好ましくは5~95重量%、より好ましくは10~90重量%、さらに好ましくは15~85重量%であり、重合開始剤の使用量は、モノマーの全重量に基づいて好ましくは0.01~5重量%、より好ましくは0.05~2重量%である。
重合に際しては、公知の連鎖移動剤、例えばメルカプト化合物(ドデシルメルカプタン、n-ブチルメルカプタン等)及び/又はハロゲン化炭化水素(四塩化炭素、四臭化炭素、塩化ベンジル等)を使用することができる。
上記高分子電解質組成物はリチウム塩を含む。
上記リチウム塩としては、LiSCN、LiN(CN)、LiClO、LiBF、LiAsF、LiPF、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CFSOC、LiSbF、Li(FSON、LiCSO、LiN(SOCFCF、LiPF(CFCF、LiPF(C、LiPF(CF、LiCl、LiF、LiBr、LiI、LiB(C、リチウムジフルオロ(オキサレート)ボレート及びリチウムビス(オキサレート)ボレート等が挙げられる。
上記リチウム塩は、1種であっても2種以上の混合物であってもよい。中でも、LiPF又はLi(FSONが好ましい。
上記高分子電解質組成物に含まれる上記リチウム塩の重量割合は上記高分子電解質組成物の重量を基準として10~30重量%である。上記高分子電解質組成物に含まれる上記リチウム塩の重量割合が上記高分子電解質組成物の重量を基準として10重量%未満であると、上記高分子電解質組成物がイオン伝導しなくなり、30重量%を超えると塩が部分析出し対向面の電池反応が不均一になる。
イオン伝導性の観点から、上記高分子電解質組成物に含まれる上記リチウム塩の重量割合は上記高分子電解質組成物の重量を基準として15~25重量%であることが好ましい。
上記高分子電解質組成物は、公知の高分子化合物に使用される可塑剤、安定剤、酸化防止剤あるいは離型剤等の添加剤を、さらに含んでもよい。
上記高分子電解質組成物のガラス転移温度は、-60~20℃であることが好ましく、さらに好ましくは-50~0℃である。上記高分子電解質組成物のガラス転移温度が上記範囲であると、高分子電解質組成物の得られる電極の構造強度と柔軟性のバランスが良好となる。高分子電解質組成物のガラス転移温度は、高分子電解質組成物に含まれるリチウム塩の重量割合で調節することができる。
高分子電解質組成物、重合体(P)等のガラス転移温度の測定には、例えば示差走査熱量測定(DSC)を使用することができる。ガラス転移温度はASTM D3418-82に規定の方法(DSC法)で測定する。測定条件を以下に記載する。
装置:Q2000[TA-インスツルメンツ社製]
サンプルパン:アルミニウム
測定雰囲気:窒素 50mL/min
温度プログラム: 
(1)50℃まで10℃/分で昇温
(2)50℃で10分間保持
(3)10℃/分で-80℃まで冷却
(4)-80℃で10分間保持
(5)10℃/分で50℃まで昇温
上記測定によって得られた示差走査熱量曲線から、縦軸を吸発熱量、横軸を温度とするグラフを描き、そのグラフの低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分の曲線の勾配が最大になるような点で引いた接線との交点の温度をガラス転移温度とする。
上記高分子電解質組成物の製造方法は、特に制限されないが、例えば上記重合体(P)と上記リチウム塩と、上記重合体(P)と上記リチウム塩の両方を溶解可能な有機溶媒を所定の割合で混合した後、必要であれば脱溶剤して得ることができる。
上記混合は従来公知の方法、例えばホモミキサー、ホモディスパー、ウエーブローター、ホモジナイザー、ディスパーサー、ペイントコンディショナー、ボールミル、マグネチックスターラー、メカニカルスターラーなどの混合機を用いて行うことが好ましい。
上記重合体(P)と上記リチウム塩の両方を溶解可能な有機溶媒としては特に限定されないが、例えば、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン等のN-アルキルピロリドン類、ジメチルスルホキシド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン等の非プロトン性極性溶媒、γ-ブチロラクトン、酢酸ブチルなどのエステル系溶媒、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のアルキレングリコールモノアルキルエーテル、あるいはイソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒、水及びこれらの混合物が好適に用いられる。中でも非プロトン性極性溶媒が最も溶解性が高く好ましい。
リチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子は、電極活物質粒子表面の少なくとも一部が被覆層で被覆された被覆電極活物質粒子である。
電極活物質粒子として、正極活物質粒子、負極活物質粒子が挙げられる。被覆電極活物質粒子は、被覆正極活物質粒子、被覆負極活物質粒子のいずれであってもよい。
上記正極活物質粒子としては、リチウムイオン電池の正極活物質として用いることができるものであればよく、特に制限されない。
正極活物質粒子としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物{遷移金属が1種である複合酸化物(LiCoO、LiNiO、LiAlMnO、LiMnO及びLiMn等)、遷移金属元素が2種である複合酸化物(例えばLiFeMnO、LiNi1-xCo、LiMn1-yCo、LiNi1/3Co1/3Al1/3及びLiNi0.8Co0.15Al0.05)及び金属元素が3種類以上である複合酸化物[例えばLiMM’M’’(M、M’及びM’’はそれぞれ異なる遷移金属元素であり、a+b+c=1を満たす。例えばLiNi1/3Mn1/3Co1/3)等]等}、リチウム含有遷移金属リン酸塩(例えばLiFePO、LiCoPO、LiMnPO及びLiNiPO)、遷移金属酸化物(例えばMnO及びV)、遷移金属硫化物(例えばMoS及びTiS)及び導電性高分子(例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン及びポリ-p-フェニレン及びポリビニルカルバゾール)等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。
なお、リチウム含有遷移金属リン酸塩は、遷移金属サイトの一部を他の遷移金属で置換したものであってもよい。
上記負極活物質粒子としては、リチウムイオン電池の負極活物質として用いることができるものであれば特に制限されない。負極活物質粒子としては、炭素系材料[黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、樹脂焼成体(例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等)、コークス類(例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等)及び炭素繊維等]、珪素系材料[珪素、酸化珪素(SiOx)、珪素-炭素複合体(炭素粒子の表面を珪素及び/又は炭化珪素で被覆したもの、珪素粒子又は酸化珪素粒子の表面を炭素及び/又は炭化珪素で被覆したもの並びに炭化珪素等)及び珪素合金(珪素-アルミニウム合金、珪素-リチウム合金、珪素-ニッケル合金、珪素-鉄合金、珪素-チタン合金、珪素-マンガン合金、珪素-銅合金及び珪素-スズ合金等)等]、導電性高分子(例えばポリアセチレン及びポリピロール等)、金属(スズ、アルミニウム、ジルコニウム及びチタン等)、金属酸化物(チタン酸化物及びリチウム・チタン酸化物等)及び金属合金(例えばリチウム-スズ合金、リチウム-アルミニウム合金及びリチウム-アルミニウム-マンガン合金等)等及びこれらと炭素系材料との混合物等が挙げられる。
上記負極活物質粒子のうち、内部にリチウム又はリチウムイオンを含まないものについては、予め負極活物質粒子の一部又は全部にリチウム又はリチウムイオンを含ませるプレドープ処理を施してもよい。
電極活物質粒子の体積平均粒子径は、電池の電気特性の観点から、0.1~100μmであることが好ましく、1~50μmであることがより好ましく、2~20μmであることがさらに好ましい。
電極活物質粒子の体積平均粒子径は、マイクロトラック法(レーザー回折・散乱法ともいう)によって求めた粒度分布における積算値50%での粒径(Dv50)を意味する。マイクロトラック法とは、レーザー光を粒子に照射することによって得られる散乱光を利用して粒度分布を求める方法である。なお、体積平均粒子径の測定には、レーザー回折・散乱式の粒子径分布測定装置[マイクロトラック・ベル(株)製のマイクロトラック等]を用いることができる。
被覆電極活物質粒子では、電池の内部抵抗等の観点から、上記被覆層は、導電助剤を含むことが好ましい。
被覆層が導電助剤を含む場合、導電助剤としては、導電性を有する材料から選択されることが好ましい。
導電助剤として好ましいものとしては、金属[アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、金、銅及びチタン等]、カーボン[グラファイト及びカーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック及びサーマルランプブラック等)等]、及びこれらの混合物等が挙げられる。
これらの導電助剤は1種単独で用いられてもよいし、2種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物として用いられてもよい。
なかでも、電気的安定性の観点から、より好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、金、銅、チタン及びこれらの2種以上の混合物であり、さらに好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、特に好ましくはカーボンである。
またこれらの導電助剤としては、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料[好ましくは、上記した導電助剤のうち金属のもの]をめっき等でコーティングしたものでもよい。
導電助剤の形状(形態)は、粒子形態に限られず、粒子形態以外の形態であってもよく、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等、いわゆるフィラー系導電助剤として実用化されている形態であってもよい。
導電助剤の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、電池の電気特性の観点から、0.01~10μm程度であることが好ましい。
「導電助剤の粒子径」とは、導電助剤の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)等の観察手段を用い、数~数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。
被覆層が導電助剤を含む場合、被覆層を構成する重合体(P)と導電助剤の比率は特に限定されるものではないが、電池の内部抵抗等の観点から、重量比率で重合体(P)(樹脂固形分重量):導電助剤が1:0.01~1:50であることが好ましく、1:0.2~1:3.0であることがより好ましい。
上記被覆層中の上記高分子電解質組成物の重量割合は、30~70重量%であることが好ましい。被覆層中の上記高分子電解質組成物の重量割合が上記範囲であると、導電性とイオン伝導性のバランスが良好となる。被覆層中の上記高分子電解質組成物の重量割合は、より好ましくは32~65重量%であり、さらに好ましくは35~65重量%である。
導電助剤は、高分子電解質組成物の重量に含まれない。
上記高分子電解質組成物の重量割合が、上記被覆電極活物質粒子の重量を基準として1~6重量%である。
上記高分子電解質組成物の重量割合が、上記被覆電極活物質粒子の重量を基準として1重量%未満であると、被覆電極活物質粒子を備えるリチウムイオン電池のレート特性が低下する場合があり、また、導電助剤の結着を維持できず内部抵抗増加の原因になり、6重量%を超えると、樹脂量が多く内部抵抗増加の原因となる。上記高分子電解質組成物の重量割合は、上記被覆電極活物質粒子の重量を基準として、好ましくは1.5~5.5重量%であり、より好ましくは2.0~5.0重量%である。
被覆電極活物質粒子は、被覆層を構成する高分子電解質組成物、電極活物質粒子及び必要に応じて用いる導電助剤を混合することによって製造することができる。
被覆層を構成する高分子電解質組成物、電極活物質粒子及び導電助剤を混合する順番は特に限定されず、例えば、事前に混合した被覆層を構成する高分子電解質組成物と導電助剤からなる樹脂組成物を電極活物質粒子とさらに混合してもよいし、高分子電解質組成物、電極活物質粒子及び導電助剤を同時に混合してもよいし、電極活物質粒子に高分子電解質組成物を混合し、さらに導電助剤を混合してもよい。
被覆電極活物質粒子は、電極活物質粒子を、高分子電解質組成物で被覆することで得ることができ、例えば、電極活物質粒子を万能混合機に入れて30~500rpmで撹拌した状態で、高分子電解質組成物を含む樹脂溶液を1~90分かけて滴下混合し、さらに必要に応じて導電助剤を混合し、撹拌したまま50~200℃に昇温し、0.007~0.04MPaまで減圧した後に10~150分保持することにより得ることができる。
被覆電極活物質粒子を備えるリチウムイオン電池について説明する。
被覆電極活物質粒子は、被覆正極活物質粒子又は被覆負極活物質粒子であってよく、被覆正極活物質粒子及び被覆負極活物質粒子であってもよい。
リチウムイオン電池は、上記被覆正極活物質粒子及び/又は被覆負極活物質粒子を備えるものであり、被覆正極活物質粒子を含む正極及び/又は被覆負極活物質粒子を含む負極を備えるものであることが好ましく、上記被覆正極活物質粒子を含む正極及び被覆負極活物質粒子を含む負極を備えるものであることがより好ましい。
被覆正極活物質粒子を備えるリチウムイオン電池として、被覆正極活物質粒子と、電解質及び溶媒を含有する電解液とを含む正極活物質層を備える正極を備えるリチウムイオン電池が挙げられる。
正極活物質層は、上記被覆正極活物質粒子の非結着体からなることが好ましい。
被覆正極活物質粒子の非結着体とは、被覆正極活物質粒子が結着剤(バインダともいう)により位置を固定されていないことを意味する。すなわち、被覆正極活物質粒子は、それぞれ外力に応じて移動できる状態である。
正極活物質層が非結着体からなる場合、被覆正極活物質粒子同士は結着剤によって不可逆的に固定されていない。不可逆的な固定とは、被覆正極活物質粒子同士が下記の公知の溶剤乾燥型のリチウムイオン電池用結着剤によって接着固定されていることを意味し、接着固定された被覆正極活物質粒子同士を分離するためには被覆正極活物質粒子同士の界面を機械的に破壊する必要がある。一方、非結着体の場合は、正極活物質粒子同士は不可逆的な接着固定がされていないため、被覆正極活物質粒子同士の界面を機械的に破壊することなく分離することができる。
後記の負極活物質層が被覆負極活物質粒子の非結着体からなる場合についても同様である。
正極において、正極活物質層は、溶剤乾燥型結着剤を含まないことが好ましい。
溶剤乾燥型結着剤としてはデンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、スチレン-ブタジエンゴム、ポリエチレン及びポリプロピレン等の公知のリチウムイオン電池用結着剤等が挙げられる。これらの結着剤は溶剤に溶解又は分散して用いられ、溶剤を揮発、留去することで表面が粘着性を示すことなく固体化して、被覆正極活物質粒子同士及び被覆正極活物質粒子と集電体とを強固に固定するものである。
電解質としては、公知の電解液に用いられている電解質が使用でき、例えば、LiPF、LiBF、LiSbF、LiAsF、LiClO及びLiN(FSO等の無機アニオンのリチウム塩、LiN(CFSO、LiN(CSO及びLiC(CFSO等の有機アニオンのリチウム塩が挙げられる。これらの内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはLiN(FSOである。
溶媒としては、公知の電解液に用いられている非水溶媒が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン及びこれらの2種以上の混合物を用いることができる。
ラクトン化合物としては、5員環(γ-ブチロラクトン及びγ-バレロラクトン等)及び6員環(δ-バレロラクトン等)のラクトン化合物等が挙げられる。
環状炭酸エステルとしては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート(EC)及びブチレンカーボネート(BC)等が挙げられる。
鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチル-n-プロピルカーボネート、エチル-n-プロピルカーボネート及びジ-n-プロピルカーボネート等が挙げられる。
鎖状カルボン酸エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル及びプロピオン酸メチル等が挙げられる。
環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3-ジオキソラン及び1,4-ジオキサン等が挙げられる。鎖状エーテルとしては、ジメトキシメタン及び1,2-ジメトキシエタン等が挙げられる。
リン酸エステルとしては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメチル、リン酸トリプロピル、リン酸トリブチル、リン酸トリ(トリフルオロメチル)、リン酸トリ(トリクロロメチル)、リン酸トリ(トリフルオロエチル)、リン酸トリ(トリパーフルオロエチル)、2-エトキシ-1,3,2-ジオキサホスホラン-2-オン、2-トリフルオロエトキシ-1,3,2-ジオキサホスホラン-2-オン及び2-メトキシエトキシ-1,3,2-ジオキサホスホラン-2-オン等が挙げられる。
ニトリル化合物としては、アセトニトリル等が挙げられる。アミド化合物としては、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)等が挙げられる。スルホンとしては、ジメチルスルホン及びジエチルスルホン等が挙げられる。
これらの溶媒は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。
電解液中の溶媒の引火点は、リチウムイオン電池の発熱や膨張を防止する観点から、100℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましく、130℃以上であることがさらに好ましい。一方、電解液中の溶媒の引火点は、160℃以下であってもよい。
溶媒の引火点は、JIS K 2265-1-2007で規定されるタグ密閉法により測定される温度である。
これらの溶媒のうち、イオン伝導性の観点から好ましいのは、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートからなる群より選択される少なくとも一種であり、より好ましくは、プロピレンカーボネートおよび/またはエチレンカーボネートである。
正極において、正極活物質層は、上記の被覆正極活物質粒子の被覆層中に必要に応じて含まれる導電助剤とは別に、導電助剤をさらに含んでもよい。被覆層中に必要に応じて含まれる導電助剤が被覆正極活物質粒子と一体であるのに対し、正極活物質層が含む導電助剤は被覆正極活物質粒子と別々に含まれている点で区別できる。
正極活物質層が含んでいてもよい導電助剤としては、上記の被覆電極活物質粒子で説明したものを用いることができる。正極活物質層が導電助剤を含む場合、正極活物質層に含まれる導電助剤は、被覆層に含まれる導電助剤と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
正極において、正極活物質層が導電助剤を含む場合、正極中に含まれる導電助剤と被覆層中に含まれる導電助剤の合計含有量は、正極活物質層から電解液を除いた重量を基準として10重量%未満であることが好ましく、7重量%未満であることがより好ましい。一方、正極中に含まれる導電助剤と被覆層中に含まれる導電助剤の合計含有量は、正極活物質層から電解液を除いた重量を基準として1重量%以上であることが好ましい。
正極において、正極活物質層の厚みは、電池性能の観点から、150~600μmであることが好ましく、200~450μmであることがより好ましい。
正極は、例えば、被覆正極活物質粒子と、電解質及び溶媒を含有する電解液とを含む正極スラリーを集電体に塗布した後、乾燥させることによって作製することができる。具体的には、上記正極スラリーを、集電体上にバーコーター等の塗工装置で塗布後、不織布をスラリー上に静置して吸液すること等で、溶媒を除去し、必要によりプレス機でプレスする方法等が挙げられる。
正極スラリーは、例えば、被覆正極活物質粒子を電解液に分散させることによって作製することができる。
正極スラリーに含まれる被覆正極活物質粒子は、当該粒子の分散性および電極成形性の観点から、正極スラリーの重量を基準として40~80重量%であることが好ましく、45~75重量%であることがより好ましい。
正極スラリーにおいて、電解液中の電解質の濃度は、1.2~5.0mol/Lであることが好ましく、1.5~4.5mol/Lであることがより好ましく、1.8~4.0mol/Lであることがさらに好ましく、2.0~3.5mol/Lであることが特に好ましい。
このような電解液は、適当な粘性を有するので、被覆正極活物質粒子間に液膜を形成することができ、被覆正極活物質粒子に潤滑効果(被覆正極活物質粒子の位置調整能力)を付与することができる。
正極は、集電体をさらに備え、上記集電体の表面に上記正極活物質層が設けられていることが好ましい。例えば、正極は、導電性高分子材料からなる樹脂集電体を備え、上記樹脂集電体の表面に上記正極活物質層が設けられていることが好ましい。
被覆負極活物質粒子を備えるリチウムイオン電池は、被覆負極活物質粒子と、電解質及び溶媒を含有する電解液とを含む負極活物質層を備える負極を備えるリチウムイオン電池であってよい。
負極活物質層は、上記被覆負極活物質粒子の非結着体からなることが好ましい。
被覆負極活物質粒子の非結着体とは、被覆負極活物質粒子が結着剤により位置を固定されていないことを意味する。すなわち、被覆負極活物質粒子は、それぞれ外力に応じて移動できる状態である。
負極において、負極活物質層は、溶剤乾燥型結着剤を含まないことが好ましい。
溶剤乾燥型結着剤としては、上述した公知のリチウムイオン電池用結着剤等が挙げられる。これらの結着剤は溶剤に溶解又は分散して用いられ、溶剤を揮発、留去することで表面が粘着性を示すことなく固体化して、被覆負極活物質粒子同士及び被覆負極活物質粒子と集電体とを強固に固定するものである。
負極において、電解液に含まれる電解質及び溶媒としては、上記の正極で説明したものを用いることができる。
負極において、負極活物質層は、上記被覆負極活物質粒子の被覆層中に必要に応じて含まれる導電助剤とは別に、導電助剤をさらに含んでもよい。被覆層中に必要に応じて含まれる導電助剤が被覆負極活物質粒子と一体であるのに対し、負極活物質層が含む導電助剤は被覆負極活物質粒子と別々に含まれている点で区別できる。
負極活物質層が含んでいてもよい導電助剤としては、上記の被覆電極活物質粒子で説明したものを用いることができる。負極活物質層が導電助剤を含む場合、負極活物質層に含まれる導電助剤は、被覆層に含まれる導電助剤と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
負極において、負極活物質層が導電助剤を含む場合、負極中に含まれる導電助剤と被覆層中に含まれる導電助剤の合計含有量は、負極活物質層から電解液の重量を除いた重量を基準として20重量%未満であることが好ましく、10重量%未満であることがより好ましい。一方、負極中に含まれる導電助剤と被覆層中に含まれる導電助剤の合計含有量は、負極活物質層から電解液の重量を除いた重量を基準として0.5重量%以上であることが好ましい。
負極において、負極活物質層の厚みは、電池性能の観点から、150~600μmであることが好ましく、200~450μmであることがより好ましい。
負極は、例えば、被覆負極活物質粒子と、電解質及び溶媒を含有する電解液とを含む負極スラリーを集電体に塗布した後、乾燥させることによって作製することができる。具体的には、上記負極スラリーを、集電体上にバーコーター等の塗工装置で塗布後、不織布をスラリー上に静置して吸液すること等で、溶媒を除去し、必要によりプレス機でプレスする方法等が挙げられる。
上記負極は、集電体をさらに備え、上記集電体の表面に上記負極活物質層が設けられていることが好ましい。例えば、負極は、導電性高分子材料からなる樹脂集電体を備え、上記樹脂集電体の表面に上記負極活物質層が設けられていることが好ましい。
正極及び負極において、集電体を構成する材料としては、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル及びこれらの合金等の金属材料、並びに、焼成炭素、導電性高分子材料、導電性ガラス等が挙げられる。
集電体の形状は特に限定されず、上記の材料からなるシート状の集電体、及び、上記の材料で構成された微粒子からなる堆積層であってもよい。
集電体の厚さは、特に限定されないが、50~500μmであることが好ましい。
樹脂集電体を構成する導電性高分子材料としては例えば、樹脂に導電剤を添加したものを用いることができる。
導電性高分子材料を構成する導電剤としては、被覆層の任意成分である導電助剤と同様のものを好適に用いることができる。
導電性高分子材料を構成する樹脂としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリシクロオレフィン(PCO)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、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(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの2種以上の混合物等が挙げられる。
電気的安定性の観点から、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)及びポリシクロオレフィン(PCO)が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)及びポリメチルペンテン(PMP)である。
樹脂集電体は、特開2012-150905号公報及び国際公開第2015/005116号等に記載された公知の方法で得ることができる。
リチウムイオン電池は、対極となる電極を組み合わせて、セパレータと共にセル容器に収納し、電解液を注入し、セル容器を密封することで得られる。また、集電体の一方の面に正極を形成し、もう一方の面に負極を形成してバイポーラ(双極)型電極を作製し、バイポーラ(双極)型電極をセパレータと積層してセル容器に収納し、電解液を注入し、セル容器を密封することでも得られる。
上記の被覆正極活物質粒子を含む正極及び/又は被覆負極活物質粒子を含む負極を用いることにより、リチウムイオン電池が得られる。リチウムイオン電池において、正極が、被覆正極活物質粒子を含む正極である場合、負極はリチウムイオン電池の負極に使用可能なものであればよく特に限定されないが、好ましくは、上記被覆負極活物質粒子を含む負極である。また、リチウムイオン電池において、負極が上記被覆負極活物質粒子を含む負極である場合、正極はリチウムイオン電池の正極に使用可能ものであればよく特に限定されないが、好ましくは、上記被覆正極活物質粒子を含む正極である。
セパレータとしては、ポリエチレン又はポリプロピレン製の多孔性フィルム、多孔性ポリエチレンフィルムと多孔性ポリプロピレンとの積層フィルム、合成繊維(ポリエステル繊維及びアラミド繊維等)又はガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等の公知のリチウムイオン電池用のセパレータが挙げられる。
[実施例]
ガラス転移温度は、ASTM D3418-82に規定の方法(DSC法)で上記の条件で測定した。
重合体の絶対分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)の静的光散乱法で測定した。
<製造例4-1:重合体(P-1)の合成>
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロート及び窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに重合溶媒としてトルエン300部を仕込み75℃に昇温した。次いで、N-ビニルピロリドン(以下VPと略記)30部、2-エチルヘキシルアクリレート(以下EHAと略記)65部、アクリル酸4.5部及び1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート(以下HDMAと略記)0.5部を配合したモノマー配合液と、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.03部をトルエン5部に溶解した開始剤溶液とを4つ口コルベン内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで2時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、75℃に昇温し反応を1時間継続した。次いで2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.01部をトルエン1部に溶解した開始剤溶液を滴下ロートで投入しさらに反応を3時間継続して重合体(P-1)のトルエン溶液を得た。得られた重合体(P-1)のトルエン溶液をメタノール/イオン交換水(1/1体積比)中に滴下して再沈殿を行い、白色塊状の重合体(P-1)を得た。得られた重合体(P-1)のメタノール溶液での光散乱法を用いて測定した絶対分子量は69000、ガラス転移温度は-25℃であった。
<製造例4-2~4-3:重合体(P-2)~(P-3)の合成>
製造例4-1において、モノマー配合液の配合を表4-1の通り変更した他は同様にして重合体(P-2)及び(P-3)を得た。それぞれの絶対分子量及びガラス転移温度は表4-1に記載した。
<製造例4-4~4-9:重合体(P-4)~(P-9)の合成>
製造例4-1において、重合溶媒をN,N-ジメチルホルムアミド(以下DMFと略記)300部に、モノマー配合液の配合を表4-1の通り変更した他は同様にして重合体(P-4)~(P-9)のDMF溶液を得た。得られたDMF溶液をアセトン中に滴下して再沈殿を行い、重合体(P-4)~(P-9)を得た。それぞれの絶対分子量及びガラス転移温度は表4-1に記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
表4-1中の単量体を以下に示す。
VP:N-ビニルピロリドン
PCMA:(2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルメタクリレート
EHMA:2-エチルヘキシルメタクリレート
EHA:2-エチルヘキシルアクリレート
AA:アクリル酸
MAA:メタクリル酸
HDMA:1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート
<実施例4-1>
(高分子電解質組成物の製造)
製造例4-1で得られた重合体(P-1)9部とリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(以下LiFSIと略記)1部をアセトン40部に溶解させ、高分子電解質組成物(D-1)のアセトン溶液(固形分濃度20%)を作製した。
(被覆正極活物質粒子の製造)
正極活物質粒子としてリチウム-ニッケル-コバルト-アルミニウム複合酸化物(NCA)[戸田工業(株)製、体積平均粒子径6.4μm]91部を万能混合機ハイスピードミキサーFS25[(株)アーステクニカ製]に入れ、室温、720rpmで撹拌した状態で、上記高分子電解質組成物(D-1)のアセトン溶液(固形分濃度20%)15部及び導電助剤としてアセチレンブラック[電気化学工業(株)製、デンカブラック(登録商標)]5部を2分かけて滴下し、さらに5分撹拌した。
撹拌を維持したまま0.01MPaまで減圧し、次いで撹拌と減圧度を維持したまま温度を120℃まで昇温し、撹拌、減圧度及び温度を3時間維持して揮発分を留去した。得られた粉体を目開き212μmの篩いで分級し、被覆正極活物質粒子を得た。
被覆正極活物質粒子の重量に対する、高分子電解質組成物(D-1)の重量の割合は、3重量%であった。
(電解液の作製)
エチレンカーボネート(39部)、プロピレンカーボネート(35部)及びLiFSI(26部)を混合して電解液(X-1)を調製した。
(正極の作製)
上記で得られた被覆正極活物質粒子(99部)と、電解液(X-1)(25部)と、カーボンナノファイバー(昭和電工(株)製、製品名VGCF-H)1部とを混合し、(株)シンキー製あわとり練太郎を用いて2000rpmで3分間混合し、正極活物質スラリーを調製した。得られた正極活物質スラリーを、アルミニウム集電箔上に、正極活物質目付量が80mg/cmになるように、上記集電箔の片面に塗布し、1.4MPaの圧力で約10秒間プレスし、正極(15mmφ)を得た。
(被覆負極活物質粒子の製造)
負極活物質粒子として、難黒鉛化性炭素(HC)粉末[(株)クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製カーボトロン(登録商標)PS(F)、数平均粒子径18μm]89部を万能混合機ハイスピードミキサーFS25[(株)アーステクニカ製]に入れ、室温、720rpmで撹拌した状態で、上記高分子電解質組成物(D-1)のアセトン溶液(固形分濃度20%)15部及び導電助剤としてアセチレンブラック[電気化学工業(株)製、デンカブラック(登録商標)]6部を2分かけて滴下し、さらに5分撹拌した。
撹拌を維持したまま0.01MPaまで減圧し、次いで撹拌と減圧度を維持したまま温度を120℃まで昇温し、撹拌、減圧度及び温度を3時間維持して揮発分を留去した。得られた粉体を目開き212μmの篩いで分級し、被覆負極活物質粒子を得た。
(負極の作製)
上記で得られた被覆負極活物質粒子(98部)と電解液(X-1)(20部)と、カーボンナノファイバー(昭和電工(株)製、製品名VGCF-H)2部とを混合し、(株)シンキー製あわとり練太郎を用いて2000rpmで3分間混合し、負極活物質スラリーを調製した。得られた負極活物質スラリーを、銅集電箔上に、負極活物質目付量が34mg/cmになるように、上記集電箔の片面に塗布し、1.4MPaの圧力で約10秒間プレスし、負極(15mmφ)を得た。
(リチウムイオン電池の製造)
得られた正極及び負極を、セパレータ(セルガード製#3501)を介して組み合わせ、電解液(X-1)を注入して、ラミネートセル(リチウムイオン電池)(M-1)を作製した。
<実施例4-2>
実施例4-1において、重合体(P-1)を表4-2に示す重合体に代えた以外は、実施例4-1と同じ方法で実施例4-2の高分子電解質組成物(D-2)を作製した。高分子電解質組成物(D-2)を使用し、高分子電解質組成物、正極に使用する活物質及び導電助剤の重量割合、並びに、電解液を表4-2の通り変更した他は実施例4-1と同様にして、リチウムイオン電池(M-2)を作製した。
<実施例4-3>
実施例4-1において、重合体(P-1)を表4-2に示す重合体に代え、溶媒をアセトンからメタノールに代えた以外は、実施例4-1と同じ方法で実施例4-3の高分子電解質組成物(D-3)を作製した。高分子電解質組成物(D-3)を使用し、高分子電解質組成物、正極に使用する活物質及び導電助剤の重量割合、並びに、電解液を表4-2の通り変更した他は実施例4-1と同様にして、リチウムイオン電池(M-3)を作製した。
<実施例4-4>
実施例4-3において、正極組成物の組成比率を代えた以外は、実施例4-3と同じ方法で実施例4-4の高分子電解質組成物(D-4)を作製した。高分子電解質組成物(D-4)を使用し、高分子電解質組成物、正極に使用する活物質及び導電助剤の重量割合、並びに、電解液を表4-2の通り変更した他は実施例4-1と同様にして、リチウムイオン電池(M-4)を作製した。
<実施例4-5>
実施例4-3において、正極組成物の組成比率を代えた以外は、実施例4-3と同じ方法で実施例4-5の高分子電解質組成物(D-5)を作製した。高分子電解質組成物(D-5)を使用し、高分子電解質組成物、正極に使用する活物質及び導電助剤の重量割合、並びに、電解液を表4-2の通り変更した他は実施例4-1と同様にして、リチウムイオン電池(M-5)を作製した。
<実施例4-6>
実施例4-3において、重合体(P-4)を表4-2に示す重合体に代えた以外は、実施例4-3と同じ方法で実施例4-6の高分子電解質組成物(D-6)を作製した。高分子電解質組成物(D-6)を使用し、高分子電解質組成物、正極に使用する活物質及び導電助剤の重量割合、並びに、電解液を表4-2の通り変更した他は実施例4-1と同様にして、リチウムイオン電池(M-6)を作製した。
<実施例4-7>
実施例4-3において、重合体(P-4)を表4-2に示す重合体に代えた以外は、実施例4-3と同じ方法で実施例4-7の高分子電解質組成物(D-7)を作製した。高分子電解質組成物(D-7)を使用し、高分子電解質組成物、正極に使用する活物質及び導電助剤の重量割合、並びに、電解液を表4-2の通り変更した他は実施例4-1と同様にして、リチウムイオン電池(M-7)を作製した。
<実施例4-8>
実施例4-3において、重合体(P-4)を表4-2に示す重合体に代えた以外は、実施例4-3と同じ方法で実施例4-8の高分子電解質組成物(D-8)を作製した。高分子電解質組成物(D-8)を使用し、高分子電解質組成物、正極に使用する活物質及び導電助剤の重量割合、並びに、電解液を表4-2の通り変更した他は実施例4-1と同様にして、リチウムイオン電池(M-8)を作製した。
<比較例4-1~4-3>
実施例4-1において、重合体(P-1)を表4-2に示す重合体に代えた以外は、実施例4-1と同じ方法で比較例4-1~4-3の高分子電解質組成物(D-9)~(D-11)を作製した。高分子電解質組成物(D-1)に代えて高分子電解質組成物(D-9)~(D-11)を使用し他は実施例4-1と同様にして、リチウムイオン電池(M-9)~(M-11)を作製した。
<レート特性の評価>
上記で作製したリチウムイオン電池(M-1)~(M-11)を45℃に設定した恒温槽(エスペック社製、PFU-3K)の内部に載置して調温し、その状態で充放電装置(北斗電工社製、HJ0501SM8A)を用いて当該電池に対して充電処理を施した。なお、この充電処理では、充電電流を0.05Cとし、CCCV充電(定電流・定電圧モード)にて終止電圧4.2Vまで充電を行った。その後、終止電圧2.5Vまで0.05Cでの定電流放電を行った。
上記で初回充放電を行ったリチウムイオン電池に対し、2サイクル目の充放電処理を行った。この際、放電時のレートを1Cおよび0.05Cに設定して同様の充放電処理をそれぞれ行い、放電容量を測定した。そして、0.05Cでの放電容量に対する1Cでの放電容量の百分率(100×(1Cでの放電容量)/(0.05Cでの放電容量))(%)を算出して、放電レート特性の評価指標とした。結果を下記の表4-2に示す。
<充放電試験:サイクル特性の評価>
45℃下、充放電測定装置「HJ-SD8」[北斗電工(株)製]を用いて以下の方法によりリチウムイオン電池(M-1)~(M-11)について充放電試験を行った。
定電流定電圧方式(0.05C)で4.2Vまで充電した後、10分間の休止後、定電流方式(0.05C)で2.6Vまで放電した。
このサイクルを20回繰り返し、1回目と20回目での各サイクルで取りだせた放電容量の比の百分率(100×20回目の放電容量/1回目の放電容量)をサイクル特性(%)とした。結果を表4-2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
表4-2中の記載は以下の通りである。
NCA:リチウム-ニッケル-コバルト-アルミニウム複合酸化物
AB:アセチレンブラック
CF:カーボンナノファイバー
HC:難黒鉛化性炭素
DMC:ジメチルカーボネート
EC:エチレンカーボネート
PC:プロピレンカーボネート
LiFSI:リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド
LiPF:ヘキサフルオロリン酸リチウム
表4-2中の被覆層中の高分子電解質組成物の重量割合(重量%)は、被覆正極活物質粒子の被覆層中の高分子電解質組成物の重量割合(100×(高分子電解質組成物の重量)/(高分子電解質組成物及びアセチレンブラックの合計重量))である。実施例4-1~4-8及び比較例4-1~4-3において、被覆負極活物質粒子の被覆層中の高分子電解質組成物の重量割合は、33重量%であった。
なお、本明細書には、本国際出願の基礎出願に記載されている、以下の技術思想が記載されている。
(1-1)負極活物質粒子の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆されている被覆負極活物質粒子及び前記被覆負極活物質粒子と接する第1の樹脂集電体層を少なくとも含む負極用樹脂集電体を備える負極と、正極活物質粒子の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆されている被覆正極活物質粒子及び正極用樹脂集電体を備える正極とを有するリチウムイオン電池であって、
前記第1の樹脂集電体層が、負極用ポリオレフィン樹脂と負極用導電性フィラーとを含む負極用導電性樹脂組成物からなり、
前記第1の樹脂集電体層に含まれる負極用導電性フィラーが、白金、金、銀、銅、ニッケル及びチタンからなる群から選択される1種以上の金属元素からなり、
前記被覆負極活物質粒子の被覆層に含まれる高分子化合物(A1)が、単量体(a1)を構成単量体として前記高分子化合物(A1)の構成単量体の合計重量を基準として90重量%以上含み、かつ、前記単量体(a1)が、アクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸及びメタクリル酸メチルからなる群から選択される1種以上であり、
前記正極用樹脂集電体が、正極用ポリオレフィン樹脂と正極用導電性フィラーとを含む正極用導電性樹脂組成物からなり、
前記正極用導電性フィラーが、黒鉛、カーボンブラック及びカーボンナノチューブからなる群から選択される1種以上であり、
前記被覆正極活物質粒子の被覆層に含まれる高分子化合物(A2)が、単量体(a2)を構成単量体として前記高分子化合物(A2)の構成単量体の合計重量を基準として90重量%以上含み、かつ、前記単量体(a2)が、炭素数3~22の直鎖又は分岐のアルキル鎖を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステルである
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
(1-2)前記負極用導電性樹脂組成物の融点が、前記正極用導電性樹脂組成物の融点よりも10~30℃高い(1-1)に記載のリチウムイオン電池。
(1-3)前記正極用導電性樹脂組成物の融点が、135~165℃である(1-1)又は(1-2)に記載のリチウムイオン電池。
(1-4)前記負極用導電性樹脂組成物の融点が、150~170℃である(1-1)~(1-3)のいずれかに記載のリチウムイオン電池。
(1-5)前記正極用導電性フィラーの重量割合が、前記正極用導電性樹脂組成物の重量を基準として15~30重量%である(1-1)~(1-4)のいずれかに記載のリチウムイオン電池。
(1-6)前記負極用導電性フィラーの重量割合が、前記負極用導電性樹脂組成物の重量を基準として45~70重量%である(1-1)~(1-5)のいずれかに記載のリチウムイオン電池。
(1-7)前記負極用樹脂集電体が、前記第1の樹脂集電体層に接する第2の樹脂集電体層を含み、
前記第2の樹脂集電体層が、負極用ポリオレフィン樹脂と負極用導電性フィラーとを含む負極用導電性樹脂組成物からなり、
前記第2の樹脂集電体層に含まれる負極用導電性フィラーが、白金、金、銀、銅、ニッケル、チタン、黒鉛、カーボンブラック及びカーボンナノチューブからなる群から選択される1種以上である請求項(1-1)~(1-6)のいずれかに記載のリチウムイオン電池。
(2-1)マトリックス樹脂及び導電性フィラーを含む樹脂組成物からなるリチウムイオン電池用樹脂集電体であって、
前記導電性フィラーが無機金属化合物であり、
前記導電性フィラーの体積抵抗率が50μΩcm~1Ωcmであることを特徴とするリチウムイオン電池用樹脂集電体。
(2-2)前記導電性フィラーの体積平均粒子径が1~15μmである(2-1)に記載のリチウムイオン電池用樹脂集電体。
(2-3)前記導電性フィラーの重量割合が、前記リチウムイオン電池用樹脂集電体の重量を基準として30~80重量%である(2-1)又は(2-2)に記載のリチウムイオン電池用樹脂集電体。
(2-4)前記導電性フィラーが、チタン又は銅を含む無機金属化合物である(2-1)~(2-3)のいずれかに記載のリチウムイオン電池用樹脂集電体。
(2-5)前記マトリックス樹脂が、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン及びキシレンからなる群より選ばれる少なくとも1種に溶解する樹脂である(2-1)~(2-4)のいずれかに記載のリチウムイオン電池用樹脂集電体。
(2-6)(2-1)~(2-5)のいずれかに記載のリチウムイオン電池用樹脂集電体を備えるリチウムイオン電池。
(2-7)マトリックス樹脂、導電性フィラー及び溶媒を含む樹脂組成物スラリーを基材表面に塗工する塗工工程と、
前記塗工工程の後に、前記樹脂組成物スラリーが塗工された前記基材を乾燥する乾燥工程とを有するリチウムイオン電池用樹脂集電体の製造方法であって、
前記導電性フィラーが無機金属化合物であり、
前記導電性フィラーの体積抵抗率が50μΩcm~1Ωcmであることを特徴とするリチウムイオン電池用樹脂集電体の製造方法。
(3-1)第1導電性フィラーを含む第1導電性樹脂層と、前記第1導電性樹脂層上に形成されており、第2導電性フィラーを含む第2導電性樹脂層とを備え、
前記第1導電性フィラーは、真密度が1.1~1.8g/cmの導電性カーボンであり、
前記第2導電性フィラーは、真密度が2.0~2.5g/cmの導電性カーボンであるリチウムイオン電池用樹脂集電体。
(3-2)前記第1導電性フィラーの結晶子サイズ(Lc)が、1.0~2.0nmであり、前記第2導電性フィラーの結晶子サイズ(Lc)が、2.1~100nmである(3-1)に記載のリチウムイオン電池用樹脂集電体。
(3-3)前記第1導電性フィラーが、ハードカーボンである(3-1)又は(3-2)に記載のリチウムイオン電池用樹脂集電体。
(3-4)前記第1導電性樹脂層に含まれる前記第1導電性フィラーの重量割合が、前記第1導電性樹脂層の重量に基づいて10~50重量%である(3-1)~(3-3)のいずれかに記載のリチウムイオン電池用樹脂集電体。
(3-5)第1面が第1導電性フィラーを含む第1導電性樹脂層からなり、第2面が第2導電性フィラーを含む第2導電性樹脂層からなるリチウムイオン電池用樹脂集電体の製造方法であって、
前記第1導電性フィラーは、真密度が1.1~1.8g/cmの導電性カーボンであり、前記第2導電性フィラーは、真密度が2.0~2.5g/cmの導電性カーボンであり、
前記第1導電性フィラーを含む第1導電性樹脂組成物及び前記第2導電性フィラーを含む第2導電性樹脂組成物を共押出しして積層する工程を有するリチウムイオン電池用樹脂集電体の製造方法。
(4-1)電極活物質粒子表面の少なくとも一部が被覆層で被覆された被覆電極活物質粒子であって、
前記被覆層が高分子電解質組成物を含み、
前記高分子電解質組成物が、下記一般式(1)で表示される単量体(m1)及び/又は下記一般式(2)で表示される単量体(m2)と下記一般式(3)で表示される単量体(m3)とを含む単量体組成物の重合体(P)及びリチウム塩を含み、
前記単量体組成物における前記単量体(m1)と前記単量体(m2)との合計重量割合が前記単量体組成物の重量を基準として10~60重量%であり、
前記単量体組成物における前記単量体(m3)の重量割合が前記単量体組成物の重量を基準として40~90重量%であり、
前記重合体(P)の重量割合が前記高分子電解質組成物の重量を基準として70~90重量%であり、
前記リチウム塩の重量割合が前記高分子電解質組成物の重量を基準として10~30重量%であり、
前記高分子電解質組成物の重量割合が、前記被覆電極活物質粒子の重量を基準として1~6重量%であるリチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
[一般式(1)中、Rは水素原子又はメチル基を表す。]
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
[一般式(2)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Xは炭素数1~2のアルキレン基を表す。]
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
[一般式(3)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Rは水素原子、炭素数4~12のアルキル基又は末端に(メタ)アクリロイル基を有する炭素数2~6のアルキル基を表す。]
(4-2)前記被覆層中の前記高分子電解質組成物の重量割合が30~70重量%である(4-1)に記載の被覆電極活物質粒子。
(4-3)(4-1)又は(4-2)に記載の被覆電極活物質粒子を備えるリチウムイオン電池。
本発明のリチウムイオン電池は、特に、定置用電源、携帯電話、パーソナルコンピューター及びハイブリッド自動車、電気自動車用に用いられるリチウムイオン電池として有用である。

 

Claims (16)

  1. 負極活物質粒子の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆されている被覆負極活物質粒子及び前記被覆負極活物質粒子と接する第1の樹脂集電体層を少なくとも含む負極用樹脂集電体を備える負極と、正極活物質粒子の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆されている被覆正極活物質粒子及び正極用樹脂集電体を備える正極とを有するリチウムイオン電池であって、
    前記第1の樹脂集電体層が、負極用ポリオレフィン樹脂と負極用導電性フィラーとを含む負極用導電性樹脂組成物からなり、
    前記第1の樹脂集電体層に含まれる負極用導電性フィラーが、白金、金、銀、銅、ニッケル及びチタンからなる群から選択される1種以上の金属元素からなり、
    前記被覆負極活物質粒子の被覆層に含まれる高分子化合物(A1)が、単量体(a1)を構成単量体として前記高分子化合物(A1)の構成単量体の合計重量を基準として90重量%以上含み、かつ、前記単量体(a1)が、アクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸及びメタクリル酸メチルからなる群から選択される1種以上であり、
    前記正極用樹脂集電体が、正極用ポリオレフィン樹脂と正極用導電性フィラーとを含む正極用導電性樹脂組成物からなり、
    前記正極用導電性フィラーが、黒鉛、カーボンブラック、ハードカーボン及びカーボンナノチューブからなる群から選択される1種以上であり、
    前記被覆正極活物質粒子の被覆層に含まれる高分子化合物(A2)が、単量体(a2)を構成単量体として前記高分子化合物(A2)の構成単量体の合計重量を基準として90重量%以上含み、かつ、前記単量体(a2)が、炭素数3~22の直鎖又は分岐のアルキル鎖を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステルである
    ことを特徴とするリチウムイオン電池。
  2. 前記負極用導電性樹脂組成物の融点が、前記正極用導電性樹脂組成物の融点よりも10~30℃高い請求項1に記載のリチウムイオン電池。
  3. 前記正極用導電性樹脂組成物の融点が、135~165℃である請求項1又は2に記載のリチウムイオン電池。
  4. 前記負極用導電性樹脂組成物の融点が、150~170℃である請求項1~3のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
  5. 前記正極用導電性フィラーの重量割合が、前記正極用導電性樹脂組成物の重量を基準として15~30重量%である請求項1~4のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
  6. 前記負極用導電性フィラーの重量割合が、前記負極用導電性樹脂組成物の重量を基準として30~80重量%である請求項1~5のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
  7. 前記負極用導電性フィラーの重量割合が、前記負極用導電性樹脂組成物の重量を基準として45~70重量%である請求項1~5のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
  8. 前記負極用樹脂集電体が、前記第1の樹脂集電体層に接する第2の樹脂集電体層を含み、
    前記第2の樹脂集電体層が、負極用ポリオレフィン樹脂と負極用導電性フィラーとを含む負極用導電性樹脂組成物からなり、
    前記第2の樹脂集電体層に含まれる負極用導電性フィラーが、白金、金、銀、銅、ニッケル、チタン、黒鉛、カーボンブラック及びカーボンナノチューブからなる群から選択される1種以上である請求項1~7のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
  9. 前記負極用樹脂集電体に含まれる前記負極用導電性フィラーの体積抵抗率が50μΩcm~1Ωcmである請求項1~8のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
  10. 前記負極用導電性フィラーの体積平均粒子径が1~15μmである請求項1~9のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
  11. 前記負極用導電性フィラーが、チタン又は銅を含む無機金属化合物である請求項1~10のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
  12. 前記負極用ポリオレフィン樹脂が、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン及びキシレンからなる群より選ばれる少なくとも1種に溶解する樹脂である請求項1~11のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
  13. 前記正極用樹脂集電体は、前記正極用導電性フィラーである第1導電性フィラーを含む第1導電性樹脂層と、前記第1導電性樹脂層上に形成されており、前記正極用導電性フィラーである第2導電性フィラーを含む第2導電性樹脂層とを備え、
    前記第1導電性フィラーは、真密度が1.1~1.8g/cmであり、
    前記第2導電性フィラーは、真密度が2.0~2.5g/cmである請求項1~12のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
  14. 前記第1導電性フィラーの結晶子サイズ(Lc)が、1.0~2.0nmであり、前記第2導電性フィラーの結晶子サイズ(Lc)が、2.1~100nmである請求項13に記載のリチウムイオン電池。
  15. 前記第1導電性フィラーが、ハードカーボンである請求項13又は14に記載のリチウムイオン電池。
  16. 前記第1導電性樹脂層に含まれる前記第1導電性フィラーの重量割合が、前記第1導電性樹脂層の重量に基づいて10~50重量%である請求項13~15のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
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