JP2015138658A - Method for producing electrode for lithium secondary battery and granulated product - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はリチウム二次電池用電極の製造方法および造粒物に関する。 The present invention relates to a method for producing an electrode for a lithium secondary battery and a granulated product.
特開2013−77560号公報(特許文献1)には、流動層造粒法または噴霧乾燥造粒法によって得た複合粒子粉末を圧縮して圧粉層を形成する圧粉層形成工程、および該圧粉層をシート状集電体に転写する転写工程を有する電気化学素子用電極の製造方法が開示されている。 In JP2013-77560A (Patent Document 1), a compacted layer forming step of compressing a composite particle powder obtained by a fluidized bed granulation method or a spray drying granulation method to form a compacted layer, and A method for producing an electrode for an electrochemical element having a transfer step of transferring a green compact layer to a sheet-like current collector is disclosed.
従来、リチウム二次電池用電極の製造方法として最も一般的な方法は、電極材料を塗料化し、該塗料をダイコーターやコンマコーター(登録商標)を用いて集電体上に塗工、乾燥する方法である。しかし当該製法は、電極の塗料化に際し多量の溶媒が必要であるとともに、溶媒の乾燥のために、相応の熱量と時間を要するものである。現在、この電極生産に伴う多量の溶媒消費が価格競争力を後退させる一因ともなっており、溶媒使用量の削減が強く望まれている。 Conventionally, the most common method for producing an electrode for a lithium secondary battery is to paint an electrode material and apply the paint onto a current collector using a die coater or a comma coater (registered trademark) and then dry. Is the method. However, this manufacturing method requires a large amount of solvent for electrode coating, and requires a corresponding amount of heat and time for drying the solvent. At present, the consumption of a large amount of solvent accompanying this electrode production is one of the reasons for the decline in price competitiveness, and it is strongly desired to reduce the amount of solvent used.
溶媒使用量の少ない製造方法として、造粒物(複合粒子粉末)をシート状に加圧成形して電極を製造する方法が知られている。しかしながら当該製法では、目付量(単位面積当たりの質量)が少ないシート状の成形体を得ることが困難であり、多様な電池仕様に対応できない。すなわち造粒物の粒径が大きいために、加圧成形によって厚さの薄い成形体(シート)を得ようとすると、仕上がった成形体に貫通孔が形成されるという不具合が頻発する。そしてこの成形体を集電体に圧着すると、貫通孔を通して集電体が透けて見える状態となる(本明細書ではこのような状態を「透け」とも記す)。透けが発生した電極がリチウム二次電池に用いられると、充放電に伴って集電体上にリチウムが析出する等の不具合が想定される。 As a production method using a small amount of solvent, a method of producing an electrode by pressing a granulated product (composite particle powder) into a sheet is known. However, in this production method, it is difficult to obtain a sheet-like molded body having a small basis weight (mass per unit area), and cannot cope with various battery specifications. That is, since the granulated product has a large particle size, when a thin molded body (sheet) is obtained by pressure molding, a problem that through holes are formed in the finished molded body frequently occurs. When the molded body is pressure-bonded to the current collector, the current collector can be seen through the through-hole (this state is also referred to as “through” in this specification). When the transparent electrode is used in a lithium secondary battery, a problem such as lithium being deposited on the current collector along with charge / discharge is assumed.
そこで特許文献1では、流動層造粒法または噴霧乾燥造粒法を用いることにより、造粒物の小径化を実現し、目付量の少ないシートへの成形性(以下「薄目付性」とも記す)を改善している。しかしながら噴霧乾燥造粒法等は、造粒物の作製過程において溶媒を用いた塗料化と乾燥を行なうものであり、とりもなおさず価格競争力の観点から好ましくない。 Therefore, in Patent Document 1, by using a fluidized bed granulation method or a spray-drying granulation method, the diameter of the granulated material is reduced, and the formability into a sheet with a small basis weight (hereinafter referred to as “thin weight”). ) Has been improved. However, the spray-drying granulation method or the like is not preferable from the viewpoint of price competitiveness because it forms a paint using a solvent and dries in the production process of the granulated product.
本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、溶媒使用量が少なく、目付量が少ない電極の作製が可能であるリチウム二次電池用電極の製造方法および造粒物を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and the object thereof is to produce an electrode for a lithium secondary battery capable of producing an electrode with a small amount of solvent and a small basis weight. It is to provide a method and granulation.
本発明者は、溶媒の少ない状態で得られた粗大造粒物を解砕して小径の造粒物とすれば、目付量の少ない電極の作製が可能なのではないかとの着想を得、該着想の実現を試みた。ところが粗大造粒物を解砕しても成形までの過程で再凝集してしまい、結局のところ目付量の少ない電極の作製は困難であった。しかし本発明者は、これに留まらず更に研究を続け、解砕時に粉末状の増粘材を加えることにより、粉末状の増粘材(乾粉)が一種の打ち粉として作用し、解砕された造粒物同士の再凝集が防止できることを見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち本発明のリチウム二次電池用電極の製造方法は以下の構成を備える。 The present inventor obtained the idea that if a coarse granulated product obtained with a small amount of solvent is pulverized into a small-diameter granulated product, an electrode with a small basis weight may be produced. I tried to realize the idea. However, even if the coarse granulated material is crushed, it is re-agglomerated in the process up to molding, and as a result, it is difficult to produce an electrode with a small basis weight. However, the present inventor does not stop there, and continues to research, and by adding a powdery thickening material at the time of crushing, the powdery thickening material (dry powder) acts as a kind of dusting powder and is crushed. The present inventors have found that reaggregation of the granulated products can be prevented, and have completed the present invention. That is, the manufacturing method of the electrode for lithium secondary batteries of this invention is equipped with the following structures.
(1)リチウム二次電池用電極の製造方法は、電極活物質と第1の増粘材と溶媒と結着材とを混合して第1の造粒物を得る第1の工程と、粉末状である第2の増粘材を混合しながら、該第1の造粒物を解砕することにより第2の造粒物を得る第2の工程と、該第2の造粒物をシート状の成形体に成形する第3の工程と、該成形体を集電体上に配置する第4の工程と、を備える。 (1) A method for producing an electrode for a lithium secondary battery includes: a first step of obtaining a first granulated product by mixing an electrode active material, a first thickener, a solvent, and a binder; A second step of obtaining the second granulated product by crushing the first granulated product while mixing the second thickener which is in the form of a sheet, and the second granulated product as a sheet A third step of forming a green molded body and a fourth step of arranging the molded body on a current collector.
上記のように塗料化を経ずに、造粒物から電極を得るプロセスを採用することにより、従来に比し大幅に溶媒使用量を削減することができる。そして第2の工程において、粉末状である第2の増粘材を混合しながら、第1の造粒物(粗大造粒物)を解砕することにより、解砕後の再凝集が防止され、小径化された第2の造粒物を得ることができる。これにより第3の工程では、透け等の問題を生じることなく目付量の少ないシート状の成形体を得ることができ、第4の工程では難なく該成形体を集電体上に配置することができる。 By employing a process for obtaining an electrode from a granulated product without using a paint as described above, the amount of solvent used can be greatly reduced as compared with the conventional case. And in the 2nd process, reaggregation after crushing is prevented by crushing the 1st granulated material (coarse granulated material), mixing the 2nd thickener which is powdery. A second granulated product having a reduced diameter can be obtained. Thereby, in the third step, a sheet-like molded body with a small basis weight can be obtained without causing problems such as see-through, and the molded body can be arranged on the current collector without difficulty in the fourth step. it can.
なお第3の工程は、第2の造粒物を第1のロール(成形ロール)と第2のロール(転写ロール)との間で圧縮することにより、第2のロール上においてシート状の成形体を得る工程であることが好ましい。 In the third step, the second granulated product is compressed between the first roll (molding roll) and the second roll (transfer roll), thereby forming a sheet-like molding on the second roll. A step of obtaining a body is preferred.
また第4の工程は、成形体を第2のロール上から集電体上へと転写する工程であることが好ましく、第2のロールと第3のロール(圧着ロール)との間で成形体を集電体に圧着する工程であることがより好ましい。 Moreover, it is preferable that a 4th process is a process of transcribe | transferring a molded object from a 2nd roll on a collector, and a molded object between a 2nd roll and a 3rd roll (crimp roll). More preferably, it is a step of pressure-bonding to a current collector.
このように成形、転写および圧着を連続して行なうことにより、生産性を高めることができる。 Thus, productivity can be improved by performing shaping | molding, transcription | transfer, and pressure bonding continuously.
(2)第1の工程は、電極活物質と第1の増粘材と溶媒とを混合して一次凝集体を得る工程と、該一次凝集体と結着材とを混合して第1の造粒物を得る工程とを含むことが好ましい。 (2) The first step is a step of mixing the electrode active material, the first thickener and the solvent to obtain a primary aggregate, and mixing the primary aggregate and the binder to obtain the first A step of obtaining a granulated product.
このように第1の造粒物を得るにあたり、予備造粒を行なって電極活物質と第1の増粘材とを含む一次凝集体としてから結着材を混合する、すなわち結着材を後入れとすることにより、電極活物質の表面が抵抗成分である結着材によって被覆されることを防止できる。これによりリチウムイオン(Li+)の移動が結着材によって阻害されることがなく、以って電池のIV抵抗を低減することができる。 Thus, in obtaining the first granulated product, preliminary granulation is performed to form a primary aggregate including the electrode active material and the first thickener, and then the binder is mixed. By making it into a container, it is possible to prevent the surface of the electrode active material from being covered with a binder which is a resistance component. Thereby, the movement of lithium ions (Li + ) is not hindered by the binder, and the IV resistance of the battery can be reduced.
(3)第1の増粘材の1質量%溶液の粘度をη1とし、第2の増粘材の1質量%溶液の粘度をη2とするとき、η1≧η2を満たすことが好ましい。 (3) When the viscosity of the 1% by weight solution of the first thickener is η1 and the viscosity of the 1% by weight solution of the second thickener is η2, it is preferable that η1 ≧ η2 is satisfied.
ここで増粘材の1質量%溶液の粘度は、増粘材の溶媒(典型的には水)への溶解性、ならびに増粘材の溶媒保持力の指標と考えることができる。すなわち1質量%溶液の粘度が低いほど溶媒への溶解性が高く、同粘度が高いほど溶媒の保持力が高いといえる。 Here, the viscosity of the 1% by mass solution of the thickener can be considered as an index of the solubility of the thickener in a solvent (typically water) and the solvent retention of the thickener. That is, it can be said that the lower the viscosity of a 1% by mass solution, the higher the solubility in the solvent, and the higher the viscosity, the higher the solvent retention.
したがってη1≧η2を満たすとは、第1の増粘材が高い溶媒保持力を有し、かつ第2の増粘材が高い溶解性を有することを示す。これにより、第3の工程および第4の工程において第2の造粒物が圧縮され、第1の増粘材によって保持されていた溶媒が第2の造粒物の表面に染み出した際に、この染み出した溶媒に第2の増粘材が容易に溶解することができる。そのため第2の増粘材が一種の潤滑剤として作用し、成形時における第2の造粒物の流動性が向上する。 Therefore, satisfying η1 ≧ η2 indicates that the first thickener has a high solvent retention and the second thickener has high solubility. Thereby, when the 2nd granulated material is compressed in the 3rd process and the 4th process, and the solvent currently held by the 1st thickener exudes on the surface of the 2nd granulated material. The second thickener can be easily dissolved in the oozed solvent. Therefore, the second thickener acts as a kind of lubricant, and the fluidity of the second granulated product during molding is improved.
なお1質量%溶液とは、水以外の溶媒を用いた溶液をも包含し得るものである。これに対して後述する1質量%水溶液とは、水溶媒に増粘材を溶解させた溶液を示すものとする。 The 1% by mass solution can also include a solution using a solvent other than water. On the other hand, 1 mass% aqueous solution mentioned later shall show the solution which dissolved the thickener in the water solvent.
(4)η1およびη2は1質量%水溶液の粘度であり、η1は4.96Pa・s以上であり、η2は4.96Pa・s以下であることが好ましい。これにより造粒物の流動性をいっそう高めることができる。 (4) η1 and η2 are viscosities of a 1% by mass aqueous solution, η1 is preferably 4.96 Pa · s or more, and η2 is preferably 4.96 Pa · s or less. Thereby, the fluidity | liquidity of a granulated material can be improved further.
(5)第1の増粘材は、第1の増粘材および第2の増粘材の総量のうち40質量%以上90質量%以下を占めることが好ましい。これにより更に薄目付性が向上する。 (5) It is preferable that the 1st thickener occupies 40 mass% or more and 90 mass% or less among the total amount of a 1st thickener and a 2nd thickener. This further improves the lightness.
(6)第1の造粒物の固形分濃度は、70質量%以上であることが好ましい。これにより溶媒使用量の削減が可能である。 (6) The solid content concentration of the first granulated product is preferably 70% by mass or more. As a result, the amount of solvent used can be reduced.
(7)さらに本発明の別の局面に従う造粒物は、リチウム二次電池用電極に用いられる造粒物であって、第1の増粘材によって電極活物質同士が互いに結合されてなる凝集核を備え、該凝集核の表面に、粉末状である第2の増粘材を含む。 (7) A granulated product according to another aspect of the present invention is a granulated product used for an electrode for a lithium secondary battery, and is an agglomeration in which electrode active materials are bonded to each other by a first thickener. A nucleus is provided, and a second thickener in powder form is included on the surface of the agglomerated nucleus.
このような構成を備える造粒物は再凝集し難く粒径安定性に優れる。したがって小径化が可能であり、容易に目付量の少ないシートへと成形することができる。 A granulated product having such a structure is hardly re-aggregated and has excellent particle size stability. Accordingly, the diameter can be reduced and the sheet can be easily formed into a sheet with a small basis weight.
(8)上記の造粒物は、凝集核の表面に結着材をさらに含むことが好ましい。このように結着材が造粒物の表面に偏在する構成を採用することにより、シート状の成形体となったときに電極活物質同士の導電パスが結着材によって阻害されることがなく、以って電池のIV抵抗を低減できる。 (8) It is preferable that said granulated material further contains a binder on the surface of the aggregation nucleus. By adopting a configuration in which the binder is unevenly distributed on the surface of the granulated material in this way, the conductive path between the electrode active materials is not hindered by the binder when a sheet-like molded body is formed. Thus, the IV resistance of the battery can be reduced.
本発明によれば、溶媒使用量が少なく、薄目付性に優れる電極の製造方法および造粒物が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and granulated material of an electrode with few solvent usage-amounts and excellent in the thinness are provided.
以下、本発明の一実施形態(以下「本実施形態」とも記す)について詳細に説明するが本実施形態はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as “this embodiment”) will be described in detail, but the present embodiment is not limited thereto.
〔第1の実施形態:リチウム二次電池用電極の製造方法〕
図1は本実施形態の製造方法の概略を示すフローチャートである。図1に示すように当該製造方法は、第1の工程S110、第2の工程S120、第3の工程S130および第4の工程S140を備える。
[First Embodiment: Method for Manufacturing Electrode for Lithium Secondary Battery]
FIG. 1 is a flowchart showing an outline of the manufacturing method of this embodiment. As shown in FIG. 1, the manufacturing method includes a first step S110, a second step S120, a third step S130, and a fourth step S140.
ここで第1の工程は造粒工程、第2の工程は解砕工程、第3の工程は成形(成膜)工程、第4の工程は圧着(転写)工程とそれぞれ言い換えることもできる。また本実施形態は正極および負極のいずれの電極にも適用可能であるが、好ましくは負極の製造に適用される。以下、各工程について説明する。 Here, the first step can be restated as a granulation step, the second step as a crushing step, the third step as a forming (film forming) step, and the fourth step as a pressure bonding (transfer) step. Moreover, although this embodiment is applicable to any electrode of a positive electrode and a negative electrode, Preferably it is applied to manufacture of a negative electrode. Hereinafter, each step will be described.
まず第1の工程および第2の工程に用いられる材料および装置について説明する。
(電極活物質)
電極活物質4は、リチウム二次電池の活物質として機能するものであればよく、負極活物質および正極活物質のいずれであってもよい。負極活物質であれば、たとえば天然黒鉛、人造黒鉛等の炭素系負極活物質や、珪素、錫等の合金系負極活物質を用いることができる。正極活物質であれば、たとえばLiCoO2、LiNiO2、LiNiaCobO2(a+b=1、0<a<1、0<b<1)、LiMnO2、LiMn2O4、LiNiaCobMncO2(a+b+c=1、0<a<1、0<b<1、0<c<1)、LiFePO4等を用いることができる。
First, materials and apparatuses used in the first step and the second step will be described.
(Electrode active material)
The electrode
(増粘材)
第1の増粘材2および第2の増粘材8には、従来公知の増粘材を用いることができる。たとえば、カルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC)、メチルセルロース(MC)、アルギン酸ナトリウム、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリビニルピロリドン(PVD)等を用いることができる。これらのうち取り扱いの容易性からCMCが特に好適である。
(Thickener)
As the
本実施形態では、CMCを分子量および1質量%水溶液の粘度の観点から、次の3種に分類して用いる。すなわちH−CMC(1質量%水溶液粘度が6.28〜7.60Pa・sであるもの)、M−CMC(1質量%水溶液粘度が3.52〜6.28Pa・sであるもの)、L−CMC(1質量%水溶液粘度が2.07〜3.52Pa・sであるもの)の3種に分類する。CMCの溶液粘度は、ポリマー構造の骨格をなすセルロース鎖の平均重合度に依存することから、1質量%水溶液の粘度は、分子量の指標とすることができる。また1質量%水溶液の粘度が高いほど保水力が高く、1質量%水溶液の粘度が低いほど水への溶解性が高い(溶解速度が速い)と考えることができる。 In the present embodiment, CMC is classified into the following three types from the viewpoint of molecular weight and viscosity of a 1% by mass aqueous solution. That is, H-CMC (thickness of 1% by weight aqueous solution is 6.28 to 7.60 Pa · s), M-CMC (thickness of 1% by weight aqueous solution is 3.52 to 6.28 Pa · s), L -CMC (1 mass% aqueous solution viscosity is 2.07 to 3.52 Pa · s) is classified into three types. Since the solution viscosity of CMC depends on the average degree of polymerization of cellulose chains constituting the skeleton of the polymer structure, the viscosity of a 1% by mass aqueous solution can be used as an index of molecular weight. Further, it can be considered that the higher the viscosity of the 1% by mass aqueous solution is, the higher the water retention is, and the lower the viscosity of the 1% by mass aqueous solution is the higher the solubility in water (the faster the dissolution rate).
なおCMCの1質量%水溶液の粘度は、1質量%水溶液を作製して、25℃において市販のB型粘度計によって測定するものとする。このとき粘度計のロータ回転数は30〜60rpm程度である。 The viscosity of a 1% by weight aqueous solution of CMC is measured by preparing a 1% by weight aqueous solution and using a commercially available B-type viscometer at 25 ° C. At this time, the rotor rotational speed of the viscometer is about 30 to 60 rpm.
(結着材)
結着材6には、たとえばスチレンブタジエンゴム(SBR)、ニトリルブタジエンゴム(NBR)、アクリルゴム(ACR)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等を用いることができる。たとえば溶媒として水を用いる場合には、分散性の観点からSBRやPTFEが好ましい。
(Binder)
Examples of the binder 6 include styrene butadiene rubber (SBR), nitrile butadiene rubber (NBR), acrylic rubber (ACR), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl. A vinyl ether copolymer (PFA) or the like can be used. For example, when water is used as the solvent, SBR and PTFE are preferable from the viewpoint of dispersibility.
(溶媒)
本実施形態の溶媒は水に限定されず、増粘材等を溶解あるいは分散し得るものであればよく、水以外の溶媒も用いられ得る。たとえばN−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、テトラヒドロフラン(THF)、アセトン、ジエチルエーテル、ベンゼン、ヘキサン、トルエン等を用いることもできる。
(solvent)
The solvent of the present embodiment is not limited to water, and any solvent that can dissolve or disperse the thickener or the like can be used. Solvents other than water can also be used. For example, N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), tetrahydrofuran (THF), acetone, diethyl ether, benzene, hexane, toluene and the like can be used.
(造粒装置)
造粒装置には従来公知の粉体混合装置を用いることができる。たとえば図6に示す造粒装置50のように、容器52と主撹拌羽根54(アジテータ)と解砕羽根56(チョッパー)とを備えるものが好適である。造粒装置50では主撹拌羽根54および解砕羽根56の各回転数、撹拌時間、材料投入タイミング等を調整することにより、造粒物の粒径あるいは構造を制御することが可能である。このような装置としては、たとえば株式会社アーステクニカ製の「ハイスピードミキサ」等がある。
(Granulating device)
A conventionally known powder mixing device can be used as the granulating device. For example, like the
<第1の工程:造粒工程>
第1の工程S110では、電極活物質4と第1の増粘材2と溶媒(図示せず)と結着材6とを混合して第1の造粒物10を得る。具体的には、これらの材料を計量し、造粒装置50の容器52にそれぞれ投入して、所定の条件で撹拌および混合することにより、第1の造粒物10を得ることができる。
<First step: Granulation step>
In 1st process S110, the electrode
図3および4を参照して、第1の造粒物10は二次凝集体であり、第1の増粘材2によって電極活物質4同士が互いに結合されてなる一次凝集体10aを複数含んでいる。さらに第1の造粒物10は結着材6を含む。ここで結着材6は一次凝集体10aの表面に存在することが好ましい。これにより電極活物質4同士の導電パスが確保され、電気抵抗の低い電極が得られるからである。
3 and 4, the first
このように一次凝集体10aの表面に結着材6が存在する第1の造粒物10は、まず予備造粒を行なって一次凝集体10aを得、その後に一次凝集体10aと結着材6と混合することにより得られる。
As described above, the first
すなわち第1の工程S110は、図2を参照して、電極活物質4と第1の増粘材2と溶媒とを混合して一次凝集体10aを得る工程S111と、一次凝集体10aと結着材6とを混合して第1の造粒物10を得る工程S112とを含むことが好ましい。
That is, in the first step S110, referring to FIG. 2, the electrode
なお工程S111では、電極活物質4および第1の増粘材2の分散性を高めるとの観点から、電極活物質4および第1の増粘材2を混合した後に、溶媒を徐々に加えることが好ましい。また工程S112において結着材6は粉末状であってもよいが、予め溶媒に分散された状態であり、溶媒とともに装置内に滴下されることが好ましい。
In Step S111, from the viewpoint of enhancing the dispersibility of the electrode
(第1の増粘材)
第1の増粘材2は粉末状であってもよいし、溶媒に溶解あるいは分散された状態であってもよい。溶媒が水である場合には、第1の増粘材2の1質量%水溶液の粘度η1は4.96Pa・s以上であることが好ましい。第1の増粘材2がこのような水溶液粘度を有することにより、多くの水を保持することができ、造粒物の流動性が向上するからである。なお粘度η1はより好ましくは6.28Pa・s以上であり、特に好ましくは7.60Pa・s以上である。また粘度η1の上限値は特に制限されないが、分散性の観点から好ましくは10.00Pa・s以下である。
(First thickener)
The
<第2の工程:解砕工程>
第2の工程S120では、粉末状である第2の増粘材8を混合しながら、第1の造粒物10を解砕して第2の造粒物20を得る。具体的には、造粒装置50の容器52に第2の増粘材8を投入し、解砕羽根56の回転数を、第1の工程S110における回転数よりも高速化することにより、第1の造粒物10を解砕して第2の造粒物20を得ることができる。
<Second step: crushing step>
In 2nd process S120, the 1st
(第2の増粘材)
第2の増粘材8は粉末状であることを要する。第2の増粘材8が粉末状(乾粉)であることにより、第2の増粘材8が解砕後の第2の造粒物20の表面に付着し、第2の増粘材8が一種の打ち粉として作用する為、第2の造粒物20の再凝集を防止することができ、以って第2の造粒物20を小径化することができる。
(Second thickener)
The
第2の増粘材8は溶媒への溶解性が高いものであることが好ましい。第2の造粒物20の表面に付着する第2の増粘材8が高い溶解性を有することにより、成形時に第2の造粒物20から染み出した溶媒に第2の増粘材8が溶解して、一種の潤滑剤として作用し、流動性が向上するからである。本発明者の研究によれば、当該作用は、第1の増粘材2の1質量%溶液の粘度をη1とし、第2の増粘材8の1質量%溶液の粘度をη2としたとき、η1≧η2となる関係を満たす場合に発現しやすい。
It is preferable that the
さらに溶媒が水である場合には、水への溶解性の観点から、第2の増粘材8の1質量%水溶液の粘度η2は、好ましくは4.96Pa・s以下であり、より好ましくは3.52Pa・s以下であり、特に好ましくは2.07Pa・s以下である。なお粘度η2の下限値は特に制限されないが、成形体102での接着性の観点から1.00Pa・s以上であることが好ましい。
Further, when the solvent is water, from the viewpoint of solubility in water, the viscosity η2 of the 1% by mass aqueous solution of the
(成形転写装置)
次に第3の工程S130および第4の工程S140で用いられる成形転写装置60について説明する。図7に示す成形転写装置60は、第1のロールRa(成形ロール)、第2のロールRb(転写ロール)および第3のロールRc(圧着ロール)を備える。図7中の矢印は、ロールの回転方向および部材の搬送方向を示している。
(Molding transfer device)
Next, the molding /
<第3の工程:成形工程>
第2の工程S120で得られた第2の造粒物20は、第1のロールRaと第2のロールRbとの間に供給される。第1のロールRaには、第1のロールRaから第2のロールRbに向かう方向に荷重が印加されている。荷重の大きさは、たとえば0.5〜2.0tnf程度である。第2の造粒物20は第1のロールRaと第2のロールRbとの間でロール間圧縮されて成形体102となる。成形体102の目付量は、第1のロールRaと第2のロールRbとの間の隙間(ギャップ)によって調節される。ギャップの広さは、間座あるいはシムによって調節できる。
<Third step: molding step>
The second
<第4の工程:圧着工程>
成形体102は第2のロールRb上を矢印の方向に搬送される。第3のロールRcは集電体101を矢印の方向に搬送する。そして第2のロールRbと第3のロールRcとの間で、成形体102が集電体101に圧着される。これにより集電体101上に成形体102が配置された電極が製造される。なお圧着時または圧着後に成形体102の乾燥を行なってもよい。
<Fourth step: Crimping step>
The formed
集電体101は特に限定されず、導電性を有するものであれば如何なるものであってもよい。電極活物質4が負極活物質である場合は、たとえば銅(Cu)箔を集電体101として用いることができ、電極活物質4が正極活物質である場合は、たとえばアルミニウム(Al)箔を集電体101として用いることができる。
The
(第1の増粘材と第2の増粘材の質量比)
ここで第3の工程S130および第4の工程S140での流動性を考慮すると、第1の増粘材2は、第1の増粘材2および第2の増粘材8の総量に対して40質量%以上90質量%以下であることが好ましい。
(Mass ratio of the first thickener and the second thickener)
Here, considering the fluidity in the third step S130 and the fourth step S140, the
第1の増粘材2が増粘材の総量に対して占める割合が40質量%未満になると、第1の増粘材に保持される溶媒量が減少するとともに、第2の増粘材8(乾粉)の量が過大となり、ロール間圧縮時の摩擦抵抗が大きくなって成形性が低下する場合がある。他方、第1の増粘材2が増粘材の総量に対して占める割合が90質量%を超えると、第2の増粘材8が不足することにより造粒物が再凝集して粒径が増大し、薄目付性が低下する場合がある。なお第1の増粘材2が増粘材の総量に対して占める割合は、より好ましくは50質量%以上であり、特に好ましくは60質量%以上である。
When the proportion of the
以上のように、第1の工程S110〜第4の工程S140を経ることにより、塗料化プロセスに対して溶媒使用量を削減しつつ、目付量の少ないリチウム二次電池用電極を製造することができる。 As described above, by performing the first step S110 to the fourth step S140, it is possible to manufacture a lithium secondary battery electrode with a small basis weight while reducing the amount of solvent used for the coating process. it can.
〔第2の実施形態:造粒物〕
第2の実施形態は、リチウム二次電池用電極に用いられる造粒物であり、当該造粒物は、前述の第1の工程S110および第2の工程S120を経て製造される。
[Second Embodiment: Granulated Product]
2nd Embodiment is the granulated material used for the electrode for lithium secondary batteries, and the said granulated material is manufactured through the above-mentioned 1st process S110 and 2nd process S120.
図5を参照して、本実施形態の造粒物20は、第1の増粘材2によって電極活物質4同士が互いに結合されてなる凝集核20aを備え、凝集核20aの表面に、粉末状である第2の増粘材8を含む。造粒物20は乾粉(第2の増粘材8)によって被覆されているため、再凝集し難く粒径安定性が高い。また第2の増粘材8は、造粒物20が圧縮された際に内部から染み出した溶媒に溶解して成形時の摩擦抵抗を低減するため、成形時および転写時の流動性に優れる。
With reference to FIG. 5, the
さらに造粒物20は、凝集核20aの表面に結着材6を含むことが好ましい。これにより、シート状に成形された際に、造粒物20同士が強固に接着されるとともに、電極活物質4同士の導電パスが確保されるためIV抵抗を低減できる。
Furthermore, the
造粒物20は溶媒を含んでいてもよい。その場合、造粒物20の溶媒を除く成分の質量比率すなわち固形分濃度(以下「NV:concentration of Non-Volatile contents」とも記す)は、好ましくは70質量%以上である。NVの上限値は特に制限されるものではないが、好ましくは80質量%以下であり、より好ましくは75質量%以下であり、特に好ましくは73質量%以下である。
The
造粒物20の固形分のうち、電極活物質4の占める割合は、たとえば90〜99質量%程度であり、増粘材の総量(第1の増粘材2および第2の増粘材8)の占める割合は、たとえば0.5〜5質量%程度であり、結着材6の占める割合は、たとえば0.5〜5質量%程度である。造粒物20は、上記の成分を含む限りその他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、たとえば結着材の分散液に含まれる分散剤等を例示することができる。また、たとえば電極活物質4が正極活物質である場合には、アセチレンブラック(AB)等の導電助材等を例示することができる。
The proportion of the electrode
〔第3の実施形態:リチウム二次電池〕
第3の実施形態は、第1の実施形態によって製造されたリチウム二次電池用電極を備えるリチウム二次電池である。以下、円筒形電池を例示して説明するが、本実施形態は角形電池あるいはパウチ形電池とすることもできる。
[Third Embodiment: Lithium Secondary Battery]
3rd Embodiment is a lithium secondary battery provided with the electrode for lithium secondary batteries manufactured by 1st Embodiment. Hereinafter, although a cylindrical battery will be described as an example, the present embodiment may be a prismatic battery or a pouch battery.
図9を参照して、リチウム二次電池1000は、円筒形の外装体500の内部に、電極体400と非水電解液(図示せず)を備えている。電極体400は、正極200、負極100およびセパレータ300を有する。正極200および負極100は長尺帯状のシート部材である。電極体400は、セパレータ300を挟んで正極200と負極100とが対向するように巻回されることにより構成されている。セパレータ300は、たとえばポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)製の微多孔膜である。
Referring to FIG. 9, a lithium
ここで正極200および負極100の少なくともいずれかは、第1の実施形態によって製造されたリチウム二次電池用電極である。したがってリチウム二次電池1000はIV抵抗が低く、たとえば車載用途のようにハイレート特性が重視される用途に好適である。また電極作製時の溶媒使用量が少ないため、安価に製造できる。
Here, at least one of the
さらに負極100が第1の実施形態によって製造されている場合には、負極100における成形体102の片面目付量は、好ましくは40g/m2以下であり、より好ましくは35g/m2以下であり、特に好ましくは30g/m2以下である。電極の目付量が少ないことにより、ハイレート特性の更なる向上が期待できるからである。
Further, when the
〔第4の実施形態:リチウム二次電池の製造方法〕
第4の実施形態は、第1の実施形態であるリチウム二次電池用電極の製造方法を含む、リチウム二次電池の製造方法である。
[Fourth Embodiment: Method for Manufacturing Lithium Secondary Battery]
4th Embodiment is a manufacturing method of a lithium secondary battery including the manufacturing method of the electrode for lithium secondary batteries which is 1st Embodiment.
図10は、本実施形態のリチウム二次電池の製造方法の概略を示すフローチャートである。図10に示すように当該製造方法は、工程S100aおよび工程S100bと、工程S300と、工程S400と、工程S500と、工程S600とを備える。 FIG. 10 is a flowchart showing an outline of a manufacturing method of the lithium secondary battery of the present embodiment. As shown in FIG. 10, the manufacturing method includes steps S100a and S100b, step S300, step S400, step S500, and step S600.
ここで工程S100aおよび工程S100bの少なくともいずれかには、第1の実施形態として説明したリチウム二次電池用電極の製造方法(すなわち工程S100)が用いられる。なお正極200または負極100のいずれか一方は、従来の塗料化プロセスで製造されてもよい。
Here, for at least one of step S100a and step S100b, the method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery described as the first embodiment (that is, step S100) is used. Note that either the
工程S300では電極体400が作製される。図9を参照して電極体400は、セパレータ300を挟んで正極200と負極100とが対向するように巻回することにより得られる。そして電極体400は外装体500に挿入される(工程S400)。
In step S300, the
次いで外装体500に非水電解液が注液される(工程S500)。非水電解液には、たとえばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、γ−ブチロラクトン(GBL)およびビニレンカーボネート(VC)等の環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)およびジエチルカーボネート(DEC)等の鎖状カーボネート類からなる混合溶媒に、たとえばLiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiCF3SO3等のLi塩を溶解させたものを用いることができる。 Next, a non-aqueous electrolyte is injected into the outer package 500 (step S500). Non-aqueous electrolytes include, for example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), γ-butyrolactone (GBL) and vinylene carbonate (VC), and dimethyl carbonate (DMC). For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiCF 3 it can be used to dissolve the Li salt of SO 3 and the like.
その後、外装体500を封止することにより(工程S600)、リチウム二次電池1000を製造することができる。
Then, the lithium
以下、実施例を挙げて本実施形態をより詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, although an example is given and this embodiment is described in detail, this embodiment is not limited to these.
[実験1:造粒〜電極作製プロセスの検討]
実験1では、塗料化プロセスと同等以上の薄目付性と低IV抵抗を目的として、各種条件を変更して造粒物を得、該造粒物から電極の作製を試みた。そして電極作製が可能であったものについては、さらに該電極を用いた電池を製造し、IV抵抗を評価した。
[Experiment 1: Examination of granulation to electrode production process]
In Experiment 1, a granulated product was obtained by changing various conditions for the purpose of achieving the same or better thinness and low IV resistance as those of the coating process, and an electrode was produced from the granulated product. And about what was able to produce an electrode, the battery using this electrode was further manufactured, and IV resistance was evaluated.
<共通事項>
まず以下の実施例および比較例において共通する事項について記載する。以下の記述において特に説明がない限り、各実施例および比較例にはこれらの材料、条件および製法等が用いられているものとする。
<Common items>
First, common items in the following examples and comparative examples will be described. Unless otherwise specified in the following description, these materials, conditions, manufacturing methods, and the like are used in the examples and comparative examples.
(使用材料)
[1]電極活物質
電極活物質には、カーボン粉末(レーザ回折散乱法によって測定されたメジアン径が10μmであるもの)を用いた。
(Materials used)
[1] Electrode active material Carbon powder (having a median diameter of 10 μm measured by laser diffraction scattering method) was used as the electrode active material.
[2]増粘材
次のように分子量および1質量%水溶液の粘度がそれぞれ異なる3種のCMC(H−CMC、M−CMCおよびL−CMC)を用いた。
[2] Thickening material Three types of CMC (H-CMC, M-CMC and L-CMC) having different molecular weights and viscosities of 1% by mass aqueous solutions were used as follows.
H−CMC(品種「BSH12」、第一工業製薬株式会社製:1質量%水溶液の粘度が7.60Pa・sであるもの)
M−CMC(品種「MAC500LC」、日本製紙株式会社製:1質量%水溶液の粘度が4.96Pa・sであるもの)
L−CMC(品種「MAC200HC」、日本製紙株式会社製:1質量%水溶液の粘度が2.07Pa・sであるもの)。
H-CMC (variety “BSH12”, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd .: 1% by weight aqueous solution having a viscosity of 7.60 Pa · s)
M-CMC (variety “MAC500LC”, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd .: 1% by weight aqueous solution having a viscosity of 4.96 Pa · s)
L-CMC (variety “MAC200HC”, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd .: 1% by weight aqueous solution having a viscosity of 2.07 Pa · s).
[3]結着材
結着材には、SBR(品種「C23」、JSR株式会社製)を水溶媒に分散させたもの(以下「SBR水分散液」と記す)を用いた。SBR水分散液におけるSBR濃度は44.2質量%である。
[3] Binder The SBR (variety “C23”, manufactured by JSR Corporation) dispersed in an aqueous solvent (hereinafter referred to as “SBR aqueous dispersion”) was used as the binder. The SBR concentration in the SBR aqueous dispersion is 44.2% by mass.
[4]溶媒
溶媒には水を用いた。
[4] Solvent Water was used as the solvent.
[5]集電体
集電体には、厚さ10μmのCu箔(古河機械金属株式会社製)を用いた。
[5] Current collector A 10 μm thick Cu foil (manufactured by Furukawa Machine Metal Co., Ltd.) was used as the current collector.
(造粒工程:第1の工程および第2の工程)
[1]造粒装置
造粒装置には、ハイスピードミキサ(株式会社アーステクニカ製)を用いた。
(Granulation step: first step and second step)
[1] Granulator A high speed mixer (manufactured by Earth Technica Co., Ltd.) was used for the granulator.
[2]造粒方法
固形分の質量は0.6kgとし、その内訳は、電極活物質:CMC:SBR=100:1:1(質量比)とした。また造粒物の固形分濃度(NV)は71質量%とした。その他の詳細については各例ごとに後述する。
[2] Granulation method The mass of the solid content was 0.6 kg, and the breakdown was electrode active material: CMC: SBR = 100: 1: 1 (mass ratio). The solid content concentration (NV) of the granulated product was 71% by mass. Other details will be described later for each example.
[3]造粒物の平均粒径(d50)の評価方法
100gの造粒物をステンレスバット内に各造粒物同士が互いに重ならないように広げて、80℃の熱風乾燥炉で60分間乾燥する。そして乾燥後の造粒物の質量を測定し、篩によって分級して累積質量50%における粒径(すなわち質量基準のd50)を測定した。
[3] Evaluation method of average particle diameter (d50) of granulated material 100 g of granulated material is spread in a stainless steel bat so that the granulated materials do not overlap each other, and dried in a hot air drying oven at 80 ° C. for 60 minutes. To do. Then, the mass of the granulated product after drying was measured, classified with a sieve, and the particle size at a cumulative mass of 50% (that is, d50 based on mass) was measured.
(成形工程および圧着工程:第3の工程および第4の工程)
図7を参照して、3本のロールを備える成形転写装置60を用いた。
(Molding step and pressure bonding step: third step and fourth step)
With reference to FIG. 7, a
第2のロールRbを固定し、第1のロールRaには、第1のロールRaから第2のロールRbに向かう方向に1tnfの荷重を印加した。そして成形体102の目付量は、間座を用いて、第1のロールRaと第2のロールRbとのギャップ(隙間)を変化させることによって調整した。たとえば目付量40±2g/m2を狙い値とする場合、ロール間のギャップは65±15μmの範囲で調整した。40g/m2より小さい目付量(25〜40g/m2)に関しては、さらにギャップを狭くすることにより対応した。
The second roll Rb was fixed, and a load of 1 tnf was applied to the first roll Ra in the direction from the first roll Ra to the second roll Rb. The basis weight of the molded
(電池製造工程)
次のようにして、円筒形のリチウム二次電池(18650サイズ、定格容量0.5Ah)を作製した。
(Battery manufacturing process)
A cylindrical lithium secondary battery (18650 size, rated capacity 0.5 Ah) was produced as follows.
[1]正極
正極200は、正極活物質(LiCoO2)、導電助材(AB)、結着材(PVdF)および溶媒(NMP)を、LiCoO2:AB:PVdF=90:8:2(質量比)となるように混練して得た正極合材スラリーを、長尺帯状のAl箔上に塗工、乾燥して、さらに圧延することにより準備した。
[1] Positive Electrode The
[2]セパレータ
セパレータ300としては、長尺帯状であるPE製の微多孔膜(厚さ16μm)を用いた。
[2] Separator A PE microporous film (thickness: 16 μm) having a long belt shape was used as the
[3]電解液
電解液には、混合溶媒にLi塩が溶解したもの(LiPF6=1.0mol/L、EC:DMC:EMC=3:4:3(体積比))を用いた。
[3] Electrolytic Solution The electrolytic solution used was a Li salt dissolved in a mixed solvent (LiPF 6 = 1.0 mol / L, EC: DMC: EMC = 3: 4: 3 (volume ratio)).
[4]組み立て
図9を参照して、セパレータ300を挟んで正極200と負極100とが対向するように巻回して電極体400を得、該電極体400を円筒形の外装体500に挿入した。さらに外装体500内に電解液を注液し、外装体500の開口部を封止することによりリチウム二次電池1000を得た。
[4] Assembly Referring to FIG. 9, an
(IV抵抗の測定)
リチウム二次電池1000の充電状態(SOC)を60%に調整し、−5℃の恒温槽内において、0.4C、0.8C、1.2C、1.6C、2.0C、2.4C、2.8C、3.2C、3.6C、4.0C、4.4Cおよび4.8Cの各電流値で、10秒間放電し、電流値(I)と電池電圧(V)をそれぞれ測定した。そして、I−V特性グラフを作成して直線の傾きからIV抵抗を算出した。なお電流値の単位「C」とは電池の定格容量を1時間で放電する電流値を示すものである。
(Measurement of IV resistance)
The state of charge (SOC) of the lithium
以下、各実施例および比較例の相違点を中心に個別に説明する。
<実施例1>
(第1の工程S110)
[1]カーボン粉末(電極活物質4)とH−CMC(第1の増粘材2)とをハイスピードミキサに投入した。このときH−CMCの投入量は、第2の造粒物20における全CMC量に対して90質量%とした。次いでハイスピードミキサにおいてアジテータの回転数を200rpm、チョッパーの回転数を1000rpmに設定して30秒間に亘って粉体混合を行なった。
Hereinafter, it demonstrates individually focusing on the difference of each Example and a comparative example.
<Example 1>
(First step S110)
[1] Carbon powder (electrode active material 4) and H-CMC (first thickener 2) were put into a high speed mixer. At this time, the amount of H-CMC charged was 90% by mass with respect to the total amount of CMC in the second
[2]アジテータおよびチョッパーの回転数を維持したまま、30秒間かけて、装置の投入口から水(溶媒)を徐々に投入した。 [2] While maintaining the rotational speeds of the agitator and chopper, water (solvent) was gradually added from the inlet of the apparatus over 30 seconds.
[3]チョッパーの回転数を2000rpmに上昇させ、さらに3分30秒間に亘って混合および造粒を行なった。これにより一次凝集体10aを得た(工程S111)。
[3] The chopper rotation speed was increased to 2000 rpm, and mixing and granulation were further performed for 3 minutes and 30 seconds. Thereby, the
[4]装置の投入口から、SBR水分散液を投入し、アジテータの回転数を200rpm、チョッパーの回転数を2000rpmに設定し、30秒間混合を行なった(工程S112)。 [4] The SBR aqueous dispersion was charged from the charging port of the apparatus, the rotational speed of the agitator was set to 200 rpm, and the rotational speed of the chopper was set to 2000 rpm, and mixing was performed for 30 seconds (step S112).
(第2の工程S120)
[5]さらに装置の投入口からL−CMCの粉末(第2の増粘材8)を投入し、アジテータおよびチョッパーの回転数を維持したまま30秒間に亘って解砕および造粒を行なった。これにより第2の造粒物20を得た。このときL−CMCの投入量は、第2の造粒物20における全CMC量に対して10質量%とした。
(Second step S120)
[5] Further, L-CMC powder (second thickener 8) was charged from the charging port of the apparatus, and pulverization and granulation were performed for 30 seconds while maintaining the rotational speed of the agitator and chopper. . Thereby, the 2nd
第2の造粒物20のd50を前述の方法に従って測定したところ、d50は0.8mmであった。
When d50 of the 2nd
(第3の工程S130および第4の工程S140)
第2の造粒物20の粉末を、図7に示す成形転写装置60を用いて、目付量が40g/m2であるシート状の成形体102に成形し(第3の工程S130)、続いて成形体102を集電体101に圧着して、成形体102を集電体101上に配置した(第4の工程S140)。さらに得られた成形体102と集電体101との一体物を所定の幅にスリット加工することにより、リチウム二次電池用の電極(負極100)を得た。
(Third Step S130 and Fourth Step S140)
The powder of the second
(電池の製造およびIV抵抗の測定)
前述の方法に従って円筒形のリチウム二次電池1000を得、該電池のIV抵抗を測定した。結果を表1に示す。
(Manufacture of batteries and measurement of IV resistance)
A cylindrical lithium
<実施例2>
第1の増粘材2および第2の増粘材8の両方をM−CMCとすることを除いては、実施例1と同様にして第2の造粒物20(d50=0.8mm)を得、電池を作製してIV抵抗を測定した。結果を表1に示す。
<Example 2>
The second granulated product 20 (d50 = 0.8 mm) is the same as in Example 1 except that both the
<実施例3>
第1の増粘材2をL−CMCとし、第2の増粘材8をH−CMCとすることを除いては、実施例1と同様にして第2の造粒物20(d50=0.8mm)を得た。そして実施例1と同様にして成形および圧着を行なった。しかし第2のロールRb上にシート状の成形体が得られず、第1のロールRaと第2のロールRbとの間に板状の成形体が落下する態様となり、電極作製が困難であった。ただし、第2のロールRbから集電体101へと連続して転写および圧着を行なう方法と異なる配置方法(たとえば一旦シートを成形してから、別途集電体と圧着する方法)であれば、電極作製は可能であったものと推定される。
<Example 3>
The second granulated product 20 (d50 = 0) is the same as in Example 1 except that the
<比較例1>
以下のように比較例1では、造粒工程の初期段階で結着材を投入し、粉末状である第2の増粘材を用いずに造粒を行なった。
<Comparative Example 1>
As described below, in Comparative Example 1, the binder was introduced at the initial stage of the granulation process, and granulation was performed without using the second thickening material in powder form.
なお、以下においては、比較例1の如く造粒あるいは塗料化の初期段階(最終物に対してNVが高い状態)で結着材を投入することを「先入れ」と称し、実施例1の如く混合物に溶媒を加えた後に結着材を投入することを「後入れ」と称する。 In the following, the introduction of the binder at the initial stage of granulation or coating (in a state where NV is high with respect to the final product) as in Comparative Example 1 is referred to as “first-in”. The addition of the binder after adding the solvent to the mixture as described above is referred to as “post-insertion”.
[1]カーボン粉末とM−CMCとSBR水分散液とをハイスピードミキサに投入した。次いでハイスピードミキサにおいてアジテータの回転数を200rpm、チョッパーの回転数を1000rpmに設定して30秒間に亘って粉体混合を行なった。 [1] Carbon powder, M-CMC, and SBR aqueous dispersion were charged into a high speed mixer. Next, in a high speed mixer, the rotational speed of the agitator was set to 200 rpm and the rotational speed of the chopper was set to 1000 rpm, and powder mixing was performed for 30 seconds.
[2]アジテータおよびチョッパーの回転数を維持したまま、30秒間かけて、装置の投入口から水(溶媒)を徐々に投入した。 [2] While maintaining the rotational speeds of the agitator and chopper, water (solvent) was gradually added from the inlet of the apparatus over 30 seconds.
[3]チョッパーの回転数を2000rpmに上昇させ、さらに4分30秒間に亘って解砕および造粒を行なって造粒物を得た。この造粒物のd50を前述の方法に従って測定したところ0.9mmであった。 [3] The chopper rotation speed was increased to 2000 rpm, and the mixture was further crushed and granulated for 4 minutes and 30 seconds to obtain a granulated product. It was 0.9 mm when d50 of this granulated material was measured according to the above-mentioned method.
その後、実施例1と同様にしてシートへの成形および集電体上への配置を行なって負極を得、電池を作製してIV抵抗を測定した。結果を表1に示す。 Thereafter, in the same manner as in Example 1, molding into a sheet and placement on a current collector were performed to obtain a negative electrode, a battery was produced, and IV resistance was measured. The results are shown in Table 1.
<比較例2>
以下のように比較例2では、電極活物質を含む塗料を作製し、該塗料を集電体上に塗工して電極を作製した。また塗料化に際しては、結着材を固練りの段階で投入した(先入れ)。
<Comparative Example 2>
As described below, in Comparative Example 2, a paint containing an electrode active material was prepared, and the paint was applied on a current collector to produce an electrode. In addition, when making the paint, the binder was added at the stage of kneading (first-in).
[1]カーボン粉末とM−CMCとSBR水分散液とを市販のプラネタリミキサに投入し、さらにNVが75質量%となるように水を加えた。 [1] Carbon powder, M-CMC, and SBR aqueous dispersion were put into a commercially available planetary mixer, and water was added so that NV might be 75 mass%.
[2]プラネタリミキサで60分間に亘って固練りを行なった。
[3]NVが50質量%以下になるまで、水の追加と10分間の混練とを繰り返して粘度を調整し、塗料を得た。
[2] The mixture was kneaded with a planetary mixer for 60 minutes.
[3] Viscosity was adjusted by repeating the addition of water and kneading for 10 minutes until NV was 50% by mass or less to obtain a paint.
[4]コンマコーターを用いて、乾燥後の目付量が40g/m2となるように、塗料を集電体上に塗工、乾燥して負極を得た。そして該負極を用いて電池を作製し、IV抵抗を測定した。結果を表1に示す。 [4] Using a comma coater, the paint was applied onto the current collector and dried so that the weight per unit area after drying was 40 g / m 2 to obtain a negative electrode. And the battery was produced using this negative electrode and IV resistance was measured. The results are shown in Table 1.
<比較例3>
以下のように比較例3では、塗料化に際し結着材を後入れとして塗料を作製した。
<Comparative Example 3>
As described below, in Comparative Example 3, a coating material was prepared using the binder as a post-container when forming a coating material.
[1]カーボン粉末とM−CMCとを市販のプラネタリミキサに投入し、さらにNVが75質量%となるように水を加えた。 [1] Carbon powder and M-CMC were put into a commercially available planetary mixer, and water was further added so that NV was 75% by mass.
[2]プラネタリミキサで60分間に亘って固練りを行なった。
[3]NVが50質量%以下になるまで、水の追加と10分間の混練とを繰り返して粘度を調整した。そして最後の水の追加の際に、SBR水分散液を投入し、10分間の混練を行なって塗料を得た。
[2] The mixture was kneaded with a planetary mixer for 60 minutes.
[3] Viscosity was adjusted by repeating the addition of water and kneading for 10 minutes until NV was 50% by mass or less. Then, at the time of the final addition of water, the SBR aqueous dispersion was added, and kneading was performed for 10 minutes to obtain a paint.
[4]コンマコーターを用いて、乾燥後の目付量が40g/m2となるように、塗料を集電体上に塗工、乾燥して負極を得た。そして該負極を用いて電池を作製し、IV抵抗を測定した。結果を表1に示す。 [4] Using a comma coater, the paint was applied onto the current collector and dried so that the weight per unit area after drying was 40 g / m 2 to obtain a negative electrode. And the battery was produced using this negative electrode and IV resistance was measured. The results are shown in Table 1.
<比較例4>
以下のように比較例4では、CMCを2回に分けて投入せず、初期段階で全量を1回で投入して造粒を行なった。
<Comparative Example 4>
As described below, in Comparative Example 4, granulation was performed by adding the entire amount of CMC in one time in the initial stage without adding CMC in two steps.
[1]カーボン粉末とH−CMC(全量)とをハイスピードミキサに投入した。次いでハイスピードミキサにおいてアジテータの回転数を200rpm、チョッパーの回転数を1000rpmに設定して30秒間に亘って粉体混合を行なった。 [1] Carbon powder and H-CMC (total amount) were charged into a high speed mixer. Next, in a high speed mixer, the rotational speed of the agitator was set to 200 rpm and the rotational speed of the chopper was set to 1000 rpm, and powder mixing was performed for 30 seconds.
[2]アジテータおよびチョッパーの回転数を維持したまま、30秒間かけて、装置の投入口から水(溶媒)を徐々に投入した。 [2] While maintaining the rotational speeds of the agitator and chopper, water (solvent) was gradually added from the inlet of the apparatus over 30 seconds.
[3]チョッパーの回転数を2000rpmに上昇させ、さらに3分30秒間に亘って解砕および造粒を行なった。 [3] The number of rotations of the chopper was increased to 2000 rpm, and crushing and granulation were further performed for 3 minutes and 30 seconds.
[4]アジテータおよびチョッパーの回転数を維持したまま、SBR水分散液を投入し1分間に亘って造粒を行なって、造粒物を得た。 [4] While maintaining the rotational speed of the agitator and chopper, the SBR aqueous dispersion was added and granulated for 1 minute to obtain a granulated product.
この造粒物のd50を前述の方法に従って測定したところ3.3mmであった。そして実施例1と同様にしてシートへの成形および集電体上への配置を行なって負極を得た。得られた負極を目視にて確認したところ、成形体に複数の貫通孔が発生しており集電体が成形体を通して透けて見える箇所(透け)が多数確認された。そのためこの負極については電池評価を行なわなかった。 It was 3.3 mm when d50 of this granulated material was measured according to the above-mentioned method. In the same manner as in Example 1, molding into a sheet and placement on a current collector were performed to obtain a negative electrode. When the obtained negative electrode was visually confirmed, a plurality of through-holes were generated in the molded body, and a large number of locations where the current collector could be seen through the molded body (see-through) were confirmed. Therefore, no battery evaluation was performed on this negative electrode.
<比較例5>
以下のように比較例5では、比較例4で得られた粗大造粒物を強制的に解砕して小径化し、電極作製を行なった。
<Comparative Example 5>
As described below, in Comparative Example 5, the coarse granulated product obtained in Comparative Example 4 was forcibly crushed to reduce the diameter, and an electrode was produced.
比較例4で得られた造粒物を、株式会社パウレック製の整粒装置であるクワドロコーミル(登録商標)を用いて、目開き2mmで篩過して強制的に解砕および整粒を行なって造粒物を得た。 The granulated product obtained in Comparative Example 4 was crushed and sized forcibly by sieving with a mesh opening of 2 mm using a quadrature mill (registered trademark) manufactured by POWREC Co., Ltd. A granulated product was obtained.
この造粒物のd50を前述の方法によって測定したところ0.9mmであった。ただし、この造粒物の形状を目視にて確認したところ、球形状ではなく偏平板状であった。 It was 0.9 mm when d50 of this granulated material was measured by the above-mentioned method. However, when the shape of the granulated product was visually confirmed, it was not a spherical shape but a flat plate shape.
さらに、この造粒物を用いて実施例1と同様にして、シートへの成形および集電体上への配置を行なったところ、当初、流動性は良好であったが、10分程度同操作を継続したところで、供給部において造粒物がアーチ構造ASを形成して、ロール間へと供給されない状態、いわゆるブリッジ現象が発生した(図8参照)。 Furthermore, when this granulated product was used to form a sheet and place it on a current collector in the same manner as in Example 1, initially, the fluidity was good, but the same operation was performed for about 10 minutes. When the continuation was continued, the granulated material formed the arch structure AS in the supply section, and a state in which the granulated product was not supplied between the rolls, a so-called bridge phenomenon occurred (see FIG. 8).
<比較例6>
以下のように比較例6では、比較例4よりも溶媒量を減らして(すなわちNVを高くして)造粒を行なった。
<Comparative Example 6>
As described below, in Comparative Example 6, granulation was performed with the amount of solvent decreased (that is, with higher NV) than in Comparative Example 4.
[1]カーボン粉末とH−CMC(全量)とをハイスピードミキサに投入した。次いでハイスピードミキサにおいてアジテータの回転数を200rpm、チョッパーの回転数を1000rpmに設定して30秒間に亘って粉体混合を行なった。 [1] Carbon powder and H-CMC (total amount) were charged into a high speed mixer. Next, in a high speed mixer, the rotational speed of the agitator was set to 200 rpm and the rotational speed of the chopper was set to 1000 rpm, and powder mixing was performed for 30 seconds.
[2]アジテータおよびチョッパーの回転数を維持したまま、30秒間かけて、装置の投入口から水を徐々に投入した。このとき水の投入量を減らして、NVが73質量%となるように調整した。 [2] While maintaining the rotational speeds of the agitator and chopper, water was gradually added from the inlet of the apparatus over 30 seconds. At this time, the amount of water charged was reduced and the NV was adjusted to 73% by mass.
[3]チョッパーの回転数を2000rpmに上昇させ、さらに3分30秒間に亘って解砕および造粒を行なった。 [3] The number of rotations of the chopper was increased to 2000 rpm, and crushing and granulation were further performed for 3 minutes and 30 seconds.
[4]アジテータおよびチョッパーの回転数を維持したまま、SBR水分散液を投入し1分間に亘って造粒を行なって、造粒物を得た。 [4] While maintaining the rotational speed of the agitator and chopper, the SBR aqueous dispersion was added and granulated for 1 minute to obtain a granulated product.
この造粒物のd50を前述の方法に従って測定したところ2.7mmであり、比較例4と大差のない結果となった。そして実施例1と同様にしてシートへの成形および集電体上への配置を行なったところ、成形体が第2のロールRbから離脱せず、集電体へ転写することができなかった(転写不良)。 It was 2.7 mm when d50 of this granulated material was measured according to the above-mentioned method, and the result was not different from Comparative Example 4. Then, when the sheet was molded and placed on the current collector in the same manner as in Example 1, the molded body did not leave the second roll Rb and could not be transferred to the current collector ( Transfer failure).
<比較例7>
以下のように比較例7では、比較例4よりも増粘材の仕込み量を半減して造粒を行なった。すなわち比較例7において、固形分の内訳は、電極活物質:CMC:SBR=100:0.5:1(質量比)である。
<Comparative Example 7>
In Comparative Example 7, as described below, granulation was performed with the amount of thickener charged in half that of Comparative Example 4. That is, in Comparative Example 7, the breakdown of the solid content is electrode active material: CMC: SBR = 100: 0.5: 1 (mass ratio).
[1]カーボン粉末とH−CMC(全量)とをハイスピードミキサに投入した。次いでハイスピードミキサにおいてアジテータの回転数を200rpm、チョッパーの回転数を1000rpmに設定して30秒間に亘って粉体混合を行なった。 [1] Carbon powder and H-CMC (total amount) were charged into a high speed mixer. Next, in a high speed mixer, the rotational speed of the agitator was set to 200 rpm and the rotational speed of the chopper was set to 1000 rpm, and powder mixing was performed for 30 seconds.
[2]アジテータおよびチョッパーの回転数を維持したまま、30秒間かけて、装置の投入口から水を徐々に投入した。 [2] While maintaining the rotational speeds of the agitator and chopper, water was gradually added from the inlet of the apparatus over 30 seconds.
[3]チョッパーの回転数を2000rpmに上昇させ、さらに3分30秒間に亘って解砕および造粒を行なった。 [3] The number of rotations of the chopper was increased to 2000 rpm, and crushing and granulation were further performed for 3 minutes and 30 seconds.
[4]アジテータおよびチョッパーの回転数を維持したまま、SBR水分散液を投入し1分間に亘って造粒を行なって、造粒物を得た。 [4] While maintaining the rotational speed of the agitator and chopper, the SBR aqueous dispersion was added and granulated for 1 minute to obtain a granulated product.
この造粒物のd50を前述の方法に従って測定したところ2.2mmであり、小径な造粒物は得られなかった。そして実施例1と同様にしてシートへの成形および集電体上への配置を行なったところ、成形体が第2のロールRbから離脱せず、集電体へ転写することができなかった(転写不良)。 The d50 of this granulated product was measured according to the method described above and was 2.2 mm, and a granulated product having a small diameter was not obtained. Then, when the sheet was molded and placed on the current collector in the same manner as in Example 1, the molded body did not leave the second roll Rb and could not be transferred to the current collector ( Transfer failure).
<比較例8>
以下のように比較例8では、比較例4よりも分子量が低く、1質量%水溶液の粘度が低いCMCを使用した。
<Comparative Example 8>
As described below, in Comparative Example 8, CMC having a molecular weight lower than that of Comparative Example 4 and a viscosity of a 1% by mass aqueous solution was used.
[1]カーボン粉末とL−CMC(全量)とをハイスピードミキサに投入した。次いでハイスピードミキサにおいてアジテータの回転数を200rpm、チョッパーの回転数を1000rpmに設定して30秒間に亘って粉体混合を行なった。 [1] Carbon powder and L-CMC (total amount) were charged into a high speed mixer. Next, in a high speed mixer, the rotational speed of the agitator was set to 200 rpm and the rotational speed of the chopper was set to 1000 rpm, and powder mixing was performed for 30 seconds.
[2]アジテータおよびチョッパーの回転数を維持したまま、30秒間かけて、装置の投入口から水を徐々に投入した。 [2] While maintaining the rotational speeds of the agitator and chopper, water was gradually added from the inlet of the apparatus over 30 seconds.
[3]チョッパーの回転数を2000rpmに上昇させ、さらに3分30秒間に亘って解砕および造粒を行なった。 [3] The number of rotations of the chopper was increased to 2000 rpm, and crushing and granulation were further performed for 3 minutes and 30 seconds.
[4]アジテータおよびチョッパーの回転数を維持したまま、SBR水分散液を投入し1分間に亘って造粒を行なって、造粒物を得た。 [4] While maintaining the rotational speed of the agitator and chopper, the SBR aqueous dispersion was added and granulated for 1 minute to obtain a granulated product.
この造粒物のd50を前述の方法に従って測定したところ2.5mmであり、小径な造粒物は得られなかった。そして実施例1と同様にしてシートへの成形および集電体上への配置を行なったところ、成形体が第2のロールRbから離脱せず、集電体へ転写することができなかった(転写不良)。 The d50 of this granulated product was measured according to the method described above, and it was 2.5 mm, and a small diameter granulated product was not obtained. Then, when the sheet was molded and placed on the current collector in the same manner as in Example 1, the molded body did not leave the second roll Rb and could not be transferred to the current collector ( Transfer failure).
<比較例9>
以下のように比較例9では結着材の仕込み量を半減して造粒を行なった。すなわち比較例9において、固形分の内訳は、電極活物質:CMC:SBR=100:1:0.5(質量比)である。
<Comparative Example 9>
In Comparative Example 9, as described below, granulation was performed with the amount of the binder charged in half. That is, in Comparative Example 9, the breakdown of the solid content is electrode active material: CMC: SBR = 100: 1: 0.5 (mass ratio).
[1]カーボン粉末とH−CMC(全量)とをハイスピードミキサに投入した。次いでハイスピードミキサにおいてアジテータの回転数を200rpm、チョッパーの回転数を1000rpmに設定して30秒間に亘って粉体混合を行なった。 [1] Carbon powder and H-CMC (total amount) were charged into a high speed mixer. Next, in a high speed mixer, the rotational speed of the agitator was set to 200 rpm and the rotational speed of the chopper was set to 1000 rpm, and powder mixing was performed for 30 seconds.
[2]アジテータおよびチョッパーの回転数を維持したまま、30秒間かけて、装置の投入口から水を徐々に投入した。 [2] While maintaining the rotational speeds of the agitator and chopper, water was gradually added from the inlet of the apparatus over 30 seconds.
[3]チョッパーの回転数を2000rpmに上昇させ、さらに3分30秒間に亘って解砕および造粒を行なった。 [3] The number of rotations of the chopper was increased to 2000 rpm, and crushing and granulation were further performed for 3 minutes and 30 seconds.
[4]アジテータおよびチョッパーの回転数を維持したまま、SBR水分散液を投入し1分間に亘って造粒を行なって、造粒物を得た。 [4] While maintaining the rotational speed of the agitator and chopper, the SBR aqueous dispersion was added and granulated for 1 minute to obtain a granulated product.
この造粒物のd50を前述の方法に従って測定したところ1.5mmであった。そして実施例1と同様にしてシートへの成形および集電体上への配置を行なったところ、集電体上に配置はできるものの、その後の搬送経路の屈曲部分で、成形体の一部が集電体から剥離して滑落してしまい電極作製が困難であった。 It was 1.5 mm when d50 of this granulated material was measured according to the above-mentioned method. Then, when the sheet was molded and placed on the current collector in the same manner as in Example 1, it was possible to place the sheet on the current collector. It was difficult to produce an electrode because it peeled off from the current collector.
<結果と考察>
以上の実験結果を表1にまとめて記載する。
<Results and discussion>
The above experimental results are summarized in Table 1.
(結着材の投入タイミングについて)
比較例1〜3ならびに実施例1および2の結果から、SBR水分散液を固練り段階で投入すると、IV抵抗が増大することが分かる。これは結着材を先入れとすると、電極活物質同士の導電パスが結着材によって阻害される為であると考えられる。これに対して結着材を後入れとすると、増粘材によって電極活物質同士が互いに結合された一次凝集体(凝集核)が形成された後に、該一次凝集体の表面に結着材が付着することとなる為、電極活物質同士の導電パスが阻害されず、IV抵抗を低減できる。したがってIV抵抗の観点から、造粒過程において結着材は後入れとすることが好ましい。
(Binder input timing)
From the results of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 and 2, it can be seen that when the SBR aqueous dispersion is added at the kneading stage, the IV resistance increases. This is presumably because the conductive path between the electrode active materials is obstructed by the binder when the binder is used first. On the other hand, when the binder is added later, after the primary aggregate (aggregated nucleus) in which the electrode active materials are bonded to each other is formed by the thickener, the binder is formed on the surface of the primary aggregate. Since it adheres, the conductive path between electrode active materials is not inhibited, and IV resistance can be reduced. Therefore, from the viewpoint of IV resistance, it is preferable to add the binder in the granulation process.
すなわち、第1の工程S110は、電極活物質と第1の増粘材と溶媒とを混合して一次凝集体を得る工程S111と、該一次凝集体と結着材とを混合して第1の造粒物を得る工程S112とを含むことが好ましい。 That is, in the first step S110, the electrode active material, the first thickener, and the solvent are mixed to obtain a primary aggregate, the primary aggregate and the binder are mixed, and the first step S110 is performed. It is preferable to include step S112 for obtaining the granulated product.
(造粒物のd50について)
比較例5は造粒物の流動性が悪く連続供給が困難であったが、集電体に圧着した後の成形体には、透けが無い箇所もあり、その膜質(成形体の品質)は比較例4よりも良好であった。よって比較例4および比較例5の結果から、造粒物の粒径(d50)を小さくすることにより、透け等の不具合が改善できるといえる。
(About d50 of granulated product)
In Comparative Example 5, the flowability of the granulated product was poor and continuous supply was difficult. However, the molded product after being pressure-bonded to the current collector had a part that was not transparent, and the film quality (quality of the molded product) was It was better than Comparative Example 4. Therefore, from the results of Comparative Example 4 and Comparative Example 5, it can be said that defects such as see-through can be improved by reducing the particle size (d50) of the granulated product.
実施例1では、比較例4に比べて、造粒物のd50を大幅に小径化することができた。実施例1および比較例4で得られた造粒物を観察したところ、比較例4で二次粒子となっていた造粒物が、実施例1では一次粒子となっていた。このことから、CMCを2回に分けて投入し、造粒物の表面に粉末状のCMCが存在する状態で造粒物の解砕を行なうことにより、粉末状のCMCが一種の打ち粉として作用して、造粒物の再凝集を防止しながら解砕造粒を行なうことができると考えられる。 In Example 1, as compared with Comparative Example 4, d50 of the granulated product could be significantly reduced. When the granulated product obtained in Example 1 and Comparative Example 4 was observed, the granulated product that was secondary particles in Comparative Example 4 was primary particles in Example 1. From this, CMC is added in two portions, and the granulated product is crushed in a state where the powdered CMC is present on the surface of the granulated product. It is considered that pulverization and granulation can be performed while acting to prevent reaggregation of the granulated product.
(固形分の質量比について)
比較例6〜9の結果から、溶媒量、増粘材量、結着材量をそれぞれ減量することで、僅かながら造粒物を小径化できる。またCMCを低分子量化することでも、若干の小径化が可能である。
(Mass ratio of solid content)
From the results of Comparative Examples 6 to 9, the granulated product can be slightly reduced in diameter by decreasing the solvent amount, the thickener amount, and the binder amount. Also, the diameter can be slightly reduced by reducing the molecular weight of CMC.
しかし、溶媒量および増粘材量を減量する、あるいはCMCを低分子量化すると、転写不良を生じる。また結着材量を減量すると、乾燥後の成形体の柔軟性が著しく低下し、搬送経路の屈曲部に対応できず、成形体の剥離および滑落が起こっている。 However, when the amount of the solvent and the thickening material are reduced or the molecular weight of CMC is lowered, transfer defects occur. Further, when the amount of the binder is reduced, the flexibility of the molded body after drying is remarkably lowered, and the molded body cannot be accommodated in the bent portion of the conveyance path, and the molded body is peeled off and slipped.
(CMCの2段階投入)
造粒工程でCMCを2段階投入した実施例1〜3では、いずれも造粒物のd50を大幅に小径化できた。前述のように、これは、粉末状である2回目のCMC(第2の増粘材)が一種の打ち粉として働く為であると考えられる。
(2-stage CMC introduction)
In Examples 1 to 3 in which CMC was added in two stages in the granulation step, d50 of the granulated product could be greatly reduced. As described above, this is considered to be due to the fact that the second CMC (second thickener) in powder form acts as a kind of dusting powder.
実施例3では、成形後のシートがロール上に安定して供給できなかった。実施例3では、第1の増粘材として分子量の低いCMC(L−CMC)を用い、第2の増粘材として分子量が高いCMC(H−CMC)を用いていた。そのため、第1の増粘材の保水力が低く、圧縮時に造粒物から染み出る水の量が低下し、さらには第2の増粘材の溶解速度が遅い為、溶け残りが生じて流動性を低下させているものと考えられる。 In Example 3, the sheet after molding could not be stably supplied onto the roll. In Example 3, CMC (L-CMC) having a low molecular weight was used as the first thickener, and CMC (H-CMC) having a high molecular weight was used as the second thickener. Therefore, the water retention capacity of the first thickener is low, the amount of water that exudes from the granulated product during compression is reduced, and further, the dissolution rate of the second thickener is slow, so that undissolved residue is generated and flow It is thought that it is reducing the sex.
したがって、これらの結果から第1の増粘材2は、H−CMCまたはM−CMCが好ましいといえる。すなわち第1の増粘材の1質量%水溶液の粘度は、好ましくは4.96Pa・s以上であり、より好ましくは7.60Pa・s以上であるといえる。
Therefore, from these results, it can be said that the
また実施例2では転写可能であったことから、第2の増粘材8はM−CMCまたはL−CMCが好ましいといえる。すなわち第2の増粘材の1質量%水溶液の粘度は、好ましく4.96Pa・s以下であり、より好ましくは2.07Pa・s以下であるといえる。
Since transfer was possible in Example 2, it can be said that the
さらにこれらの結果から、第1の増粘材の1質量%溶液の粘度をη1とし、第2の増粘材の1質量%溶液の粘度をη2とするとき、η1≧η2を満たすことが流動性の観点から好ましいといえる。 Furthermore, from these results, when the viscosity of the 1% by weight solution of the first thickener is η1, and the viscosity of the 1% by weight solution of the second thickener is η2, the flow satisfies η1 ≧ η2. It can be said that it is preferable from the viewpoint of sex.
[実験2:第1の増粘材および第2の増粘材の検討]
実験2では、実験1において良質な電極が得られた実施例1および2を基準として、そこから第1の増粘材(先入れ)と第2の増粘材(後入れ)との質量比を変更し、透け等の不具合が発生する限界の目付量(限界薄目付量)を評価した。
[Experiment 2: Examination of first thickener and second thickener]
In
<実施例4〜7>
表2および表3に示すように、第1の増粘材および第2の増粘材の質量比を変更することを除いては、実施例1および2と同様にして第2の造粒物20を得、第2の造粒物20を用いて電極を作製した。そして目付量40g/m2である電極が作製可能であったものについては、第1のロールRaと第2のロールRbとの間隔(ギャップ)を狭めながら、転写不良や透け等の不具合が生じる限界の目付量を測定した。結果を表2および表3に示す。
<Examples 4 to 7>
As shown in Tables 2 and 3, the second granulated product was the same as in Examples 1 and 2 except that the mass ratio of the first thickener and the second thickener was changed. 20 was obtained, and an electrode was produced using the second
表2および表3中、質量比は、第1の増粘材および第2の増粘材の総量を100質量%としている。
In Table 2 and Table 3, mass ratio makes the total amount of a 1st thickener and a
<結果と考察>
表2から、第2の増粘材の質量比を0質量%から10質量%に変化させることにより、造粒物が急激に小径化していることが分かる。しかし、第2の増粘材の質量比を50質量%以上に増やしてもd50の変化は小さく、その効果は飽和している。さらには第2の増粘材の質量比を70質量%とすると、成形体が第2のロールRb上に搬送できない不具合すなわち転写不良が生じた(実施例6)。
<Results and discussion>
From Table 2, it can be seen that by changing the mass ratio of the second thickener from 0% by mass to 10% by mass, the granulated product is rapidly reduced in diameter. However, even if the mass ratio of the second thickener is increased to 50% by mass or more, the change in d50 is small and the effect is saturated. Furthermore, when the mass ratio of the second thickener was 70% by mass, a defect that the molded body could not be conveyed onto the second roll Rb, that is, a transfer failure occurred (Example 6).
表3から、第1の増粘材および第2の増粘材の両方をM−CMCとした場合は、第2の増粘材の質量比が50質量%となった時点で、実施例6と同様の転写不良が生じた(実施例7)。 From Table 3, when both the first thickener and the second thickener are M-CMC, when the mass ratio of the second thickener is 50% by mass, Example 6 The same transfer failure as in Example 7 occurred.
これらの結果から、粉末状である第2の増粘材(後入れ)の質量比が多くなると、造粒物が圧縮された際に、造粒物から染み出てきた水に第2の増粘材が溶解しきれず、第2の増粘材の溶け残りが生じて、成形時および転写時の流動性を低下させているものと考えられる。この傾向は、第2の増粘材がL−CMCであるときよりも、第2の増粘材がM−CMCであるときに顕著である。 From these results, when the mass ratio of the powdery second thickener (additional) increases, the second increase in the amount of water exuded from the granulated product when the granulated product is compressed. It is considered that the viscous material could not be completely dissolved and the second thickening material remained undissolved, thereby reducing the fluidity during molding and transfer. This tendency is more conspicuous when the second thickener is M-CMC than when the second thickener is L-CMC.
なお実施例6および7については、目付量の狙い値を40g/m2よりも大きい値とするか、あるいは一旦成形体を作製後、別途集電体上に配置する方法によれば、電極を作製できた可能性がある。 For Examples 6 and 7, according to a method in which the target value of the basis weight is set to a value larger than 40 g / m 2 , or after the molded body is once formed, it is separately placed on the current collector. It may have been made.
また表2より、第1の増粘材をH−CMCとし、第2の増粘材をL−CMCとした場合、その質量比が90:10とであるときに最も薄目付性に優れる結果となった(実施例1)。 Also, from Table 2, when the first thickener is H-CMC and the second thickener is L-CMC, the result of the most excellent thinness when the mass ratio is 90:10. (Example 1).
したがって第1の増粘材は、第1の増粘材および第2の増粘材の総量のうち40質量%以上90質量%以下を占めることが好ましく、50質量%以上90質量%以下を占めることがより好ましいといえる。 Accordingly, the first thickener preferably occupies 40% by mass or more and 90% by mass or less, and occupies 50% by mass or more and 90% by mass or less of the total amount of the first thickener and the second thickener. It is more preferable.
さらに実施例1は、第1の増粘材および第2の増粘材の両方がM−CMCである実施例2よりも薄目付性に優れるものであった。 Furthermore, Example 1 was more excellent in lightness than Example 2 in which both the first thickener and the second thickener were M-CMC.
したがって薄目付性の観点から、第1の増粘材の分子量と第2の増粘材の分子量とは異なることが好ましく、第1の増粘材の分子量は、第2の増粘材の分子量と等しいか、またはそれよりも大きいことがより好ましい。 Therefore, it is preferable that the molecular weight of the first thickener is different from the molecular weight of the second thickener, from the viewpoint of lightness, and the molecular weight of the first thickener is the molecular weight of the second thickener. More preferably equal to or greater than.
すなわち第1の増粘材の1質量%溶液の粘度をη1とし、第2の増粘材の1質量%溶液の粘度をη2とするとき、η1≧η2を満たすことが好ましいといえる。 That is, when the viscosity of the 1% by weight solution of the first thickener is η1 and the viscosity of the 1% by weight solution of the second thickener is η2, it can be said that η1 ≧ η2 is preferably satisfied.
以上の実験結果より、電極活物質4と第1の増粘材2と溶媒と結着材6とを混合して第1の造粒物10を得る第1の工程S110と、粉末状である第2の増粘材8を混合しながら、第1の造粒物10を解砕することにより第2の造粒物20を得る第2の工程S120と、第2の造粒物20をシート状の成形体102に成形する第3の工程S130と、成形体102を集電体101上に配置する第4の工程S140とを備える、リチウム二次電池用電極の製造方法によれば、溶媒使用量を削減可能であり、目付量の少ない電極を提供できることが確認できた。
From the above experimental results, the first step S110 for mixing the electrode
さらに、第1の増粘材2によって電極活物質4同士が互いに結合されてなる凝集核20aを備え、凝集核20aの表面に、粉末状である第2の増粘材8を含む、造粒物20は小径化が可能であり、目付量の少ない成形体への成形性に優れることが確認できたといえる。
Further, granulation comprising an agglomerated
以上のように本実施形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。 Although the present embodiment and examples have been described as described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
2 第1の増粘材、4 電極活物質、6 結着材、8 第2の増粘材、10 第1の造粒物、10a 一次凝集体、20 第2の造粒物、20a 凝集核、50 造粒装置、52 容器、54 主撹拌羽根、56 解砕羽根、60 成形転写装置、Ra 第1のロール(成形ロール)、Rb 第2のロール(転写ロール)、Rc 第3のロール(圧着ロール)、AS アーチ構造、100 負極、101 集電体、102 成形体、200 正極、300 セパレータ、400 電極体、500 外装体、1000 リチウム二次電池。 2 First thickener, 4 Electrode active material, 6 Binder, 8 Second thickener, 10 First granulated product, 10a Primary aggregate, 20 Second granulated product, 20a Aggregated nucleus , 50 Granulator, 52 Container, 54 Main stirring blade, 56 Crushing blade, 60 Mold transfer device, Ra first roll (mold roll), Rb second roll (transfer roll), Rc third roll ( Pressure bonding roll), AS arch structure, 100 negative electrode, 101 current collector, 102 molded body, 200 positive electrode, 300 separator, 400 electrode body, 500 exterior body, 1000 lithium secondary battery.
Claims (8)
粉末状である第2の増粘材を混合しながら、前記第1の造粒物を解砕することにより第2の造粒物を得る第2の工程と、
前記第2の造粒物をシート状の成形体に成形する第3の工程と、
前記成形体を集電体上に配置する第4の工程と、を備える、リチウム二次電池用電極の製造方法。 A first step of obtaining a first granulated product by mixing an electrode active material, a first thickener, a solvent, and a binder;
A second step of obtaining the second granulated product by crushing the first granulated product while mixing the second thickener in powder form;
A third step of forming the second granulated product into a sheet-like molded body;
And a fourth step of disposing the molded body on a current collector. A method for producing an electrode for a lithium secondary battery.
前記η1は4.96Pa・s以上であり、前記η2は4.96Pa・s以下である、請求項3に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。 The η1 and the η2 are viscosities of a 1% by mass aqueous solution,
The method for producing an electrode for a lithium secondary battery according to claim 3, wherein the η1 is 4.96 Pa · s or more and the η2 is 4.96 Pa · s or less.
第1の増粘材によって電極活物質同士が互いに結合されてなる凝集核を備え、
前記凝集核の表面に、粉末状である第2の増粘材を含む、造粒物。 A granulated product used for an electrode for a lithium secondary battery,
Comprising an agglomerated nucleus in which electrode active materials are bonded to each other by a first thickener;
A granulated product comprising a second thickener in powder form on the surface of the agglomerated nuclei.
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