WO2019013218A1 - 電気化学素子用部材の製造方法及び電気化学素子用積層体 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a member for an electrochemical device and a laminate for an electrochemical device.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a member for an electrochemical device, and a laminate for an electrochemical device that can be suitably used for the manufacturing method.
  • Electrochemical devices such as lithium ion secondary batteries and electric double layer capacitors are characterized by their small size, light weight, high energy density, and capable of repeated charge and discharge, and are used in a wide range of applications.
  • an electrode for a lithium ion secondary battery usually includes a current collector and an electrode mixture layer (a positive electrode mixture layer or a negative electrode mixture layer) disposed on the current collector.
  • the electrodes have been conventionally formed by various forming methods. For example, in disposing an electrode mixture layer on an electrode, a method of applying a slurry composition containing an electrode active material, a binder, a conductive material, and the like on a current collector has generally been performed. In addition, after an electrode mixture layer is formed on a support different from the current collector to obtain a support with the electrode mixture layer, the current collector is included using the support with the electrode mixture layer. A method of producing an electrode by “transferring” an electrode mixture layer to a laminate has also been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 first, an electrode active material, a binder, a conductive material, and the like are mixed and granulated, and an electrode mixture layer is formed on a support using composite particles as granulated products obtained. Thus, a support with an electrode mixture layer having an electrode mixture layer was obtained. And in patent document 1, the electrode mixture layer was transcribe
  • the electrode mixture layer obtained by sheet-forming the granulated product has strength at the outer peripheral end of the electrode mixture layer in the plane direction and the vicinity thereof (hereinafter, also collectively referred to as “peripheral portion”) Tend to be inadequate. For this reason, there existed a possibility that the edge part intensity
  • an object of this invention is to provide the manufacturing method of the member for electrochemical element which can provide the member with high intensity
  • the present inventors diligently studied to achieve the above object. Then, in the transfer step using the support with the electrode mixture layer, the present inventor does not transfer the whole of the electrode mixture layer, but at least a part of the outer peripheral portion of the electrode mixture layer is on the support. As it remained, it discovered that the edge part intensity
  • the present invention has an object to advantageously solve the above-mentioned problems, and a method for producing a member for an electrochemical device according to the present invention comprises: laminating an electrochemical device including an electrode mixture layer and a support A method of manufacturing an electrochemical device member using a body, comprising: a substrate for an electrochemical device having a conductive adhesive layer on the surface thereof; and the laminate for the electrochemical device of the conductive adhesive layer.
  • the surface area of the electrode mixture layer is smaller than the surface area of the electrode mixture layer, and Parts, characterized in that another part of the electrode mixture layer that is not bonded to the conductive adhesive layer.
  • production method involving partial transfer of the electrode mixture layer It is possible to provide an electrochemical device member having high strength at the end by adopting “or“ also referred to as “partial transfer method” ”.
  • the laminate for an electrochemical element of the present invention comprises a functional layer and an electrode mixture layer on the surface of a support. It is characterized in that it is provided in this order.
  • the laminate for an electrochemical element includes a functional layer between the support and the electrode mixture layer, the transfer operation using the laminate for an electrochemical element is favorable. It is possible to form a suitable electrode mixture layer.
  • the thickness of the functional layer is preferably 1.5 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less.
  • the electrode mixture layer can be well maintained, and the electrical characteristics of the obtained electrochemical element can be improved.
  • the functional layer preferably contains nonconductive particles. If the functional layer contains nonconductive particles, it can function to protect the electrode mixture layer in the electrochemical device and can improve the electrochemical characteristics of the electrochemical device.
  • the functional layer contains an organic particle A, and the glass transition temperature of the organic particle A is 20 ° C. or more. If the functional layer contains the organic particles A having a glass transition temperature of 20 ° C. or higher, the transferability of the laminate for an electrochemical device can be improved.
  • the “glass transition temperature” of the organic particles A can be measured using the measurement method described in the examples of the present specification.
  • the electrode mixture layer contains the organic particles B, and the glass transition temperature of the organic particles B is 30 ° C. or less. If the electrode mixture layer contains the organic particles B having a glass transition temperature of 30 ° C. or less, the strength of the electrode mixture layer can be increased, and the electrical characteristics of the obtained electrochemical device can be improved.
  • the “glass transition temperature” of the organic particles B can be measured using the measurement method described in the examples of the present specification.
  • the laminate for an electrochemical device is any one of the above-mentioned laminates for an electrochemical device. If any of the above laminates for electrochemical devices is used in the method for manufacturing a member for electrochemical devices of the present invention, an electrochemical device having excellent electrical characteristics can be favorably manufactured.
  • the rate of change in density of the electrode mixture layer is 5% or more when compared before the bonding step and after the bonding step. It is preferable that it is% or less. If the density change ratio before and after transfer of the electrode mixture layer is 5% or more and 20% or less, the transferability can be enhanced and the electrode mixture layer can be favorably disposed on the laminate by transfer. .
  • the rate of change in density of the electrode mixture layer before and after transfer can be calculated by the method described in the examples of this specification.
  • the manufacturing method of the member for electrochemical devices which can provide the member for electrochemical devices with high intensity
  • the method for producing a member for an electrochemical device according to the present invention is not particularly limited, and preferably carried out when producing an electrode of an electrochemical device such as a lithium ion secondary battery or an electric double layer capacitor.
  • the laminate for an electrochemical device of the present invention is not particularly limited as long as it includes an operation of forming an electrode mixture layer by transfer, and preferably used in any method for producing a member for an electrochemical device.
  • the method can be particularly preferably used in the method of manufacturing an electrochemical device member of the present invention.
  • the present invention will be described in detail by taking, as an example, the case where the electrochemical device is a lithium ion secondary battery.
  • the method for producing a member for an electrochemical device according to the present invention (hereinafter, also simply referred to as “the production method of the present invention”) is for electrochemical devices using a laminate for an electrochemical device comprising an electrode mixture layer and a support. It is a manufacturing method of a member.
  • the production method of the present invention comprises: a substrate for an electrochemical device having a conductive adhesive layer on the surface; a laminate for an electrochemical device; a surface of the conductive adhesive layer; An adhesion step of arranging a part of the electrode mixture layer and the conductive adhesive layer so as to be adjacent to each other with the surface of the material layer to obtain a pre-member; The peeling process which peels another part of the said electrode mixture layer which is not adhere
  • the surface area of the conductive adhesive layer is smaller than the surface area of the electrode mixture layer, and at least a part of the outer peripheral portion of the electrode mixture layer adheres to the conductive adhesive layer Not need to be another part of the electrode mixture layer.
  • the layer thickness is thin and the strength is improved. It is possible to avoid that the outer peripheral portion of the electrode mixture layer which may be insufficient is included in the member for an electrochemical device to be obtained, and to provide a member for an electrochemical device having high strength at the end portion. Become.
  • the production method of the present invention may optionally include a preparation step prior to the bonding step. Each step will be described in detail below.
  • a laminate for an electrochemical device and a substrate for an electrochemical device having a conductive adhesive layer are prepared.
  • the laminate for an electrochemical device of the present invention may be mentioned as an example of the laminate for an electrochemical device which can be prepared in the preparation step.
  • the laminate for an electrochemical element of the present invention will be described.
  • the laminate for an electrochemical device of the present invention is a laminate for producing an electrochemical device, comprising a functional layer and an electrode mixture layer in this order on the surface of a support.
  • the support and the functional layer may be adjacent to each other without interposing another layer or the like between the support and the functional layer.
  • no other layer or the like is interposed between the functional layer and the electrode mixture layer, and the functional layer and the electrode mixture layer may be adjacent to each other.
  • the laminate for an electrochemical device of the present invention includes a functional layer between the support and the electrode mixture layer, an adhesion process and a peeling process described later using such a laminate for an electrochemical device (Hereafter, these steps are combined and it is also called “transfer process”). It becomes possible to form a good electrode mixture layer.
  • the support is not particularly limited, and foils and films made of any materials such as inorganic materials and organic materials can be mentioned. Specifically, aluminum foil, copper foil, ionomer film (IO film), polyethylene film (PE film), polyethylene terephthalate film (PET film), polyethylene naphthalate film (PEN film), polyvinyl chloride film (PVC film) , Polyvinylidene chloride film (PVDC film), polyvinyl alcohol film (PVA film), polypropylene film (PP film), polyester film, polycarbonate film (PC film), polystyrene film (PS film), polyacrylonitrile film (PAN film), Ethylene-vinyl acetate copolymer film (EVA film), ethylene-vinyl alcohol copolymer film (EVOH film), air Len - methacrylic acid copolymer film (EMAA film), nylon film (NY film, a polyamide (PA) film), cellophane, imide films, and the like paper.
  • IO film
  • a multilayer structure containing the foil, film, etc. which concern on the said illustration as a support body.
  • a multilayer structure may be formed by laminating a plurality of films of the same type or different types.
  • a thermoplastic resin film is preferable as the support from the viewpoint of versatility and easiness of handling, and in particular, a PET film, a PE film, and a PVC film are preferable.
  • the thickness of the support is not particularly limited, but is preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 20 ⁇ m or more, preferably 200 ⁇ m or less, and more preferably 150 ⁇ m or less.
  • the width of the support is also not particularly limited, but is preferably 100 mm or more, more preferably 200 mm or more, preferably 1000 mm or less, and more preferably 500 mm or less.
  • the support may be peel-treated on at least one surface.
  • the method of peeling treatment is not particularly limited.
  • a thermosetting resin such as an alkyd resin, a silicone resin, a fluorine resin, or the like is coated on the surface of a support to form a coating film, which is necessary. According to the method of hardening the obtained coating film, etc. are mentioned.
  • the functional layer is disposed on the support surface.
  • the functional layer adheres the electrode mixture layer to the support, and peels the electrode mixture layer from the support when transferring the electrode mixture layer using the laminate for an electrochemical element of the present invention. It can be a so-called "transfer release layer” that functions to In addition, after peeling, a functional layer may remain on the electrode mixture layer and / or the support. Then, for example, when the electrode is formed by transferring the electrode mixture layer, the functional layer remaining on the electrode mixture layer is nonconductive, and serves as an adhesive layer for bonding the separator and the electrode, And / or it can function as a porous membrane layer for improving the heat resistance and strength of the separator.
  • the functional layer may include organic particles A, a binder for functional layer, nonconductive particles, and other optional components. Each component will be described in detail below.
  • the functional layer preferably contains organic particles A having a glass transition temperature of 20 ° C. or higher.
  • the organic particles A can function to facilitate peeling of the mixture layer from the support when transferring the electrode mixture layer using the laminate for an electrochemical element. Furthermore, after transfer, the organic particles A in the functional layer remaining on the electrode mixture layer can function to adhere the separator and the electrode.
  • the glass transition temperature of the organic particles A is preferably 30 ° C. or more, more preferably 35 ° C. or more, still more preferably 40 ° C. or more, and preferably 150 ° C. or less. If the glass transition temperature of the organic particles A is equal to or higher than the lower limit value, transferability when transferring the electrode mixture layer using the laminate for an electrochemical element can be improved.
  • the glass transition temperature of the organic particle A is below the said upper limit, the adhesive force which can be exhibited when adhere
  • the organic particles A are not particularly limited as long as the glass transition temperature is 20 ° C. or higher, and any organic particles that can be used in an electrochemical device can be used.
  • the organic particle A an organic particle having a core-shell structure provided with a core portion and a shell portion covering at least a part of the outer surface of the core portion can be mentioned.
  • the shell portion of the organic particle A having the core-shell structure covers the outer surface of the core portion, but does not cover the entire outer surface of the core portion. Even if it looks like the outer surface of the core portion is completely covered by the shell portion in appearance, if the hole communicating the inside and outside of the shell portion is formed, the shell portion is outside the core portion It is a shell part which partially covers the surface. Therefore, for example, an organic particle provided with a shell portion having pores communicating from the outer surface of the shell portion (that is, the peripheral surface of the organic particle A) to the outer surface of the core portion is included in the organic particle A.
  • the glass transition temperature of the polymer which comprises a shell part at least is 20 degreeC or more, and the glass transition of the polymer which comprises a core part
  • the temperature is also more preferably 20 ° C. or more. Further, preferably higher 10 ° C. or higher than the glass transition temperature Tg c of the polymer glass transition temperature Tg s of the polymer constituting the shell portion constituting the core portion, and more preferably greater 30 ° C. or higher.
  • the glass transition temperature of the polymer constituting the core portion is preferably 20 ° C. or higher, more preferably 35 ° C.
  • the temperature be ⁇ C or more, preferably 70 70C or less, and more preferably 55 55C or less.
  • the glass transition temperature of the polymer which comprises a shell part is 50 degreeC or more.
  • the homopolymer of the said monomer may be made in consideration of the glass transition temperature of For example, when a (meth) acrylic acid ester monomer is used for preparation of a polymer, the glass transition of the obtained polymer is greater as the carbon number of the alcohol-derived portion of the (meth) acrylic acid ester monomer is larger The temperature tends to be low.
  • (meth) acrylic means acrylic and / or methacrylic.
  • the composition of the polymer of the core portion As a monomer used to prepare the polymer of the core portion, one having a glass transition temperature of the polymer satisfying the above conditions may be appropriately selected and used.
  • monomers for example, vinyl chloride-based monomers such as vinyl chloride and vinylidene chloride; vinyl acetate-based monomers such as vinyl acetate; styrene, ⁇ -methylstyrene, styrene sulfonic acid, butoxystyrene, Aromatic vinyl monomers such as vinyl naphthalene; vinyl amine monomers such as vinyl amine; vinyl amide monomers such as N-vinyl formamide and N-vinyl acetamide; methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, methacryl (Meth) acrylic acid ester monomers such as methyl acid, ethyl methacrylate and 2-ethylhexyl acrylate; (meth) acrylamide monomers such as
  • (meth) acrylate means acrylate and / or methacrylate
  • (meth) acrylonitrile means acrylonitrile and / or methacrylonitrile
  • a (meth) acrylic acid ester monomer and an aromatic vinyl monomer as a monomer used for preparation of a polymer of a core part.
  • control of the glass transition temperature of the polymer of the core portion can be facilitated, and the ion diffusivity of the functional layer containing the organic particles A can be further enhanced.
  • aromatic vinyl monomers styrene and styrene derivatives such as styrene sulfonic acid are more preferable.
  • an aromatic vinyl monomer it is possible to impart appropriate adhesion to the functional layer.
  • the polymer of the core part may contain an acid group-containing monomer unit.
  • the acid group-containing monomer a monomer having an acid group, for example, a monomer having a carboxylic acid group such as (meth) acrylic acid, a monomer having a sulfonic acid group, a phosphate group And monomers having a hydroxyl group and monomers having a hydroxyl group.
  • the polymer of a core part contains a crosslinkable monomer unit in addition to the said monomer unit.
  • a crosslinkable monomer is a monomer which can form a crosslinked structure during or after polymerization by heating or irradiation of energy rays. Ethyleneglycol dimethacrylate etc. are mentioned as a crosslinkable monomer.
  • composition of Polymer of Shell Part As a monomer used to prepare a polymer of the shell part, one having a glass transition temperature of the polymer satisfying the above condition may be appropriately selected and used.
  • a monomer for example, the same monomers as the monomers exemplified as the monomers that can be used to produce the polymer of the core part can be mentioned.
  • such a monomer may be used individually by 1 type, and may be used combining 2 or more types by arbitrary ratios.
  • an aromatic vinyl monomer as a monomer used for preparation of the polymer of a shell part. That is, the polymer of the shell portion preferably contains an aromatic vinyl monomer unit. Further, among the aromatic vinyl monomers, styrene and styrene derivatives such as styrene sulfonic acid are more preferable. By using an aromatic vinyl monomer, it is possible to impart appropriate adhesion to the functional layer.
  • the polymer of the shell part may contain an acid group-containing monomer unit in addition to the aromatic vinyl monomer unit.
  • the acid group-containing monomer include the same monomers as the monomers exemplified as the monomers that can be used to produce the polymer of the core part, and among them, (meth) acrylic acid Is preferred.
  • a monomer capable of causing the glass transition temperature of the organic particle A to fall within the above range in the preparation of the organic particle A is the core portion.
  • These monomers can be appropriately selected from the same monomers as those exemplified as the monomers that can be used to produce the polymer of
  • the volume average particle diameter D50 of the organic particles A is preferably 0.01 ⁇ m or more, more preferably 0.1 ⁇ m or more, and still more preferably 0, regardless of whether the organic particles A are particles having a core-shell structure. .2 ⁇ m or more, preferably 10 ⁇ m or less, more preferably 5 ⁇ m or less, and still more preferably 1 ⁇ m or less.
  • the high temperature cycle characteristics of the electrochemical device can be improved by setting the volume average particle diameter D50 of the organic particles A to the upper limit or less of the above range.
  • the “volume average particle diameter D50” of the organic particles can be measured using the measurement method described in the examples of the present specification.
  • the content ratio of the organic particles A in the functional layer is usually 50% by mass or more, preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, based on 100% by mass of the total mass of the functional layer. It is at most mass%, preferably at most 95 mass%.
  • the functional layer preferably contains nonconductive particles.
  • the functional layer containing nonconductive particles protects the electrode mixture layer when remaining on the electrode mixture layer after transfer, that is, as a porous film layer for improving the heat resistance and strength of the separator. Can function.
  • the non-conductive particles to be blended in the functional layer are not particularly limited, and examples thereof include known non-conductive particles that can be used in an electrochemical device. Specifically, as the nonconductive particles, both inorganic fine particles and organic fine particles can be used. Among them, inorganic fine particles are preferable.
  • a material of the nonconductive particles a material which is stably present in the use environment of the electrochemical device and is electrochemically stable is preferable.
  • the material of the nonconductive particles include aluminum oxide (alumina), hydrated aluminum oxide (boehmite), silicon oxide, magnesium oxide (magnesia), calcium oxide, titanium oxide (titania) Oxide particles such as BaTiO 3 , ZrO, and alumina-silica composite oxide; Nitride particles such as aluminum nitride and boron nitride; Covalent crystal particles such as silicon and diamond; barium sulfate, calcium fluoride, barium fluoride And so forth; clay fine particles such as talc and montmorillonite; and the like. In addition, these particles may be subjected to element substitution, surface treatment, solid solution formation, etc., as necessary.
  • the non-conductive particles described above may be used alone or in combination of two or more.
  • organic fine particles different from the organic particles A and the binder for functional layer described later may be selected as the nonconductive particles.
  • organic fine particles for example, organic fine particles having a glass transition temperature of more than 150 ° C. can be mentioned.
  • the content of the nonconductive particles in the functional layer is preferably 10 parts by mass or more, preferably 50 parts by mass or less, and 40 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the organic particles A described above. It is more preferable that If the content of the non-conductive particles is equal to or more than the above lower limit, the electrolyte can easily enter the functional layer to enhance the electrolyte injection property, and the low temperature output characteristics of the electrochemical device can be improved. Moreover, if content of nonelectroconductive particle is below the said upper limit, the adhesive force which the functional layer can exhibit can be improved.
  • the binder for functional layer is an organic particle different from the above-mentioned organic particle A, and can function so as to hold the electrode mixture layer on the support.
  • the binder for the functional layer may, for example, be a known binder, for example, a thermoplastic elastomer. And as a thermoplastic elastomer, a conjugated diene polymer and an acrylic polymer are preferable, and an acrylic polymer is more preferable.
  • the conjugated diene polymer refers to a polymer containing conjugated diene monomer units
  • aromatic vinyl such as styrene-butadiene copolymer (SBR)
  • SBR styrene-butadiene copolymer
  • examples thereof include a polymer containing a monomer unit and an aliphatic conjugated diene monomer unit, an acrylic rubber (NBR) (a polymer containing an acrylonitrile unit and a butadiene unit), and the like.
  • NBR acrylic rubber
  • an acryl-type polymer points out the polymer containing a (meth) acrylic acid ester monomer unit.
  • the (meth) acrylic acid ester monomer capable of forming a (meth) acrylic acid ester monomer unit the same one as the monomer used to prepare the polymer of the core portion of the organic particles Can be used.
  • These functional layer binders may be used alone or in combination of two or more.
  • the binder for functional layers which combined two or more types of polymers the polymer as this binder for functional layers shall be different from the organic particle A mentioned above.
  • the acryl-type polymer as a binder for functional layers it is still more preferable that a (meth) acrylonitrile monomer unit is included. Thereby, the strength of the functional layer can be increased.
  • the (meth) acrylonitrile monomer capable of forming a (meth) acrylonitrile monomer unit include the monomers exemplified as the monomers usable when preparing the polymer of the core portion of the organic particle A. The same one can be used.
  • the amount of (meth) acrylonitrile monomer units relative to the total amount of (meth) acrylonitrile monomer units and (meth) acrylic acid ester monomer units is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, preferably 30% by mass or less, more preferably 25% by mass or less.
  • the acrylic polymer as the binder for the functional layer swells appropriately with respect to the electrolytic solution, so that the ion conductivity of the functional layer decreases and electricity decreases.
  • the deterioration of the low temperature output characteristics of the chemical element can be suppressed.
  • the glass transition temperature of the binder for the functional layer is usually lower than the glass transition temperature of the organic particles A (when the organic particles A have a core-shell structure, the glass transition temperature of the polymer of the core portion and the shell portion Lower than both of the glass transition temperatures of the polymer), preferably ⁇ 100 ° C. or higher, more preferably ⁇ 90 ° C. or higher, and still more preferably ⁇ 80 ° C. or higher, preferably 0 ° C. or lower. More preferably, it is ⁇ 5 ° C. or less, more preferably ⁇ 10 ° C. or less.
  • flexibility of a functional layer can be improved by making the glass transition temperature of the binder for functional layers below the upper limit of the said range.
  • the glass transition temperature of the binder for functional layer can be adjusted by changing the monomer composition used for preparation of the polymer.
  • the content of the binder for the functional layer in the functional layer is preferably 1 part by mass or more, more preferably 3 parts by mass or more, with respect to 100 parts by mass of the organic particle A described above. More preferably, it is 30 parts by mass or less, more preferably 25 parts by mass or less, and still more preferably 20 parts by mass or less.
  • Examples of the method for producing the functional layer binder include a solution polymerization method, a suspension polymerization method, and an emulsion polymerization method.
  • the emulsion polymerization method and the suspension polymerization method are preferable because the polymerization can be carried out in water and the aqueous dispersion containing the particulate functional layer binder can be suitably used as it is for forming the functional layer.
  • the reaction system contains a dispersing agent.
  • the binder for the functional layer is usually formed of a polymer substantially constituting the binder, but may be accompanied by an optional component such as an additive used in polymerization.
  • a functional layer may contain arbitrary other components besides the component mentioned above.
  • the other components are not particularly limited as long as they do not affect the electrochemical reaction in the electrochemical device, and known components can be used. Moreover, these other components may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types. Examples of the other components include known additives used when forming a functional layer, such as wetting agents such as ethylene oxide-propylene oxide copolymer, viscosity modifiers, and electrolyte solution additives.
  • the functional layer is formed by first preparing a composition for a functional layer (composition for preparing a functional layer), applying the composition for a functional layer on the surface of a support to obtain a coating (coating step). can do.
  • the composition preparation step for functional layer the composition for functional layer is not particularly limited, and can be prepared by dispersing the above-mentioned various components in an arbitrary dispersion medium such as water.
  • the dispersing method is not particularly limited, but in order to disperse each component efficiently, mixing is usually performed using a dispersing machine as a mixing device. In addition, it is preferable to use the apparatus which can disperse
  • dispersing machine examples include a ball mill, a sand mill, a pigment dispersing machine, a grinder, an ultrasonic dispersing machine, a homogenizer, a planetary mixer and the like. Further, from the viewpoint of being able to add a high dispersion share, it is also preferable to use a high dispersion apparatus such as a bead mill, a roll mill, or a film mix.
  • the method for applying the composition for a functional layer on the support in the coating step is not particularly limited.
  • a spray coating method, a doctor blade method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, Methods such as brush coating may be mentioned.
  • the gravure method and the spray coating method are preferable.
  • the thickness of the functional layer is preferably 1.5 ⁇ m or more, more preferably 1.8 ⁇ m or more, preferably 3.0 ⁇ m or less, and more preferably 2.2 ⁇ m or less. If the thickness of the functional layer is not less than the above lower limit value, the adhesion between the support and the electrode mixture layer can be enhanced. In addition, when the thickness of the functional layer is equal to or less than the above upper limit, the low temperature output characteristics of the obtained electrochemical element can be suppressed by suppressing the thickness of the functional layer remaining on the electrode mixture layer after transfer becoming excessively large. It can be improved.
  • the electrode mixture layer is disposed on the surface of the functional layer.
  • An electrode mixture layer is formed using the composition for electrode mixture layers containing an electrode active material.
  • the composition for electrode mixture layer preferably contains, in addition to the electrode active material, an organic particle B which functions to hold the electrode active material in the electrode mixture layer.
  • the composition for the electrode mixture layer may be a solvent, a known conductive substance as listed as a conductive substance that can be contained in the conductive adhesive layer described later, a dispersant, and a thickener. And the like may be optionally contained.
  • the electrode active material is not particularly limited, and may be a general electrode active material such as graphite or lithium cobaltate described in JP-A-2011-77070 or JP-A-2010-97830. Can.
  • the organic particles B are not particularly limited as long as they can function to hold the electrode active material in the electrode mixture layer, and conjugated diene-based heavy metals such as those listed as binders for functional layers It is possible to use combined and acrylic polymers, fluorine polymers, polyimide polymers, polyamide polymers, polyurethane polymers, and the like.
  • the organic particles B polymers containing an aromatic vinyl monomer unit and an aliphatic conjugated diene monomer unit such as styrene-butadiene copolymer (SBR), and fluorine-based polymers such as polyvinylidene fluoride and the like Coalescence is preferred.
  • the organic particle B preferably has a glass transition temperature of 30 ° C. or less, more preferably 10 ° C. or less, and usually ⁇ 100 ° C. or more.
  • the strength of the electrode mixture layer can be improved by blending the organic particles B having a glass transition temperature equal to or less than the above upper limit value to the electrode mixture layer.
  • the glass transition temperature of the organic particles B can be adjusted by changing the monomer composition used for preparation of the polymer.
  • the glass transition temperature of the organic particle B and the glass transition temperature of the organic particle A which may be contained in the above-mentioned functional layer are compared, the glass transition temperature of the organic particle B is higher than the glass transition temperature of the organic particle A It is preferably low, and more preferably, the difference between the two is 20 ° C. or more.
  • the glass transition temperature of the organic particle B is higher than both the glass transition temperature of the shell portion of the organic particle A and the glass transition temperature of the core portion of the organic particle A. Is preferably lower.
  • the method for forming the electrode mixture layer is not particularly limited, and, for example, the following three methods may be briefly described.
  • (1) The composition for the electrode mixture layer obtained by dispersing the electrode active material and the organic particles B in a solvent such as water is coated on the functional layer to obtain a coated film, and the obtained coated film is dried.
  • composition sheet forming method (2)
  • the composition for the electrode mixture layer obtained by dispersing the electrode active material, the organic particles B and the like in a solvent such as water is granulated by removing the solvent in the form of droplets by spraying or the like (granulation Process), a method (a composite particle sheet forming method) of forming composite particles which are obtained granulated products into a sheet-like electrode mixture layer (sheet forming step) (3)
  • a method of forming the composition for electrode mixture layer formed by kneading the electrode active material and the organic particles B into a sheet, and laminating the obtained molded product on a support can be mentioned.
  • the formation method of the above (2) is preferable in that a thick electrode can be formed without requiring a drying step. More specifically, the description of JP-A-2010-97830 can be referred to for the method of forming (2).
  • the sheet forming step in the forming method of the above (2) is not particularly limited, and may be performed according to the extrusion method, the rolling method, and the pressure forming method. Among them, the pressure molding method is preferable because it can be performed with simple equipment, and it is more preferable to use the powder pressure molding method.
  • the powder pressure forming method for example, a roll pressure forming method in which composite particles are supplied to a roll-type pressure forming device by a supply device such as a screw feeder and the electrode mixture material layer is formed, There is a method of spraying on the top, adjusting the thickness by adjusting the composite particles with a blade or the like, and then molding with a pressing device, filling the composite particles into a mold and pressing the mold to mold.
  • the thickness of the electrode mixture layer is preferably 50 ⁇ m or more, more preferably 60 ⁇ m or more, preferably 2000 ⁇ m or less, and more preferably 500 ⁇ m or less.
  • the thickness of the electrode mixture layer controls, for example, the coating amount of the composite particles when using composite particles, and / or when the forming method involves a pressing step, in the pressing step. It can be adjusted by changing the pressure intensity.
  • a substrate for an electrochemical device having a conductive adhesive layer on the surface is prepared.
  • the conductive adhesive layer may be disposed on the outermost surface of the electrochemical device substrate having the conductive adhesive layer.
  • the conductive adhesive layer contains, for example, a conductive material, a binder for the conductive adhesive layer, and optional additives.
  • the substrate contained in the substrate for an electrochemical device having a conductive adhesive layer on the surface is not particularly limited, and a substrate known as an electrode substrate for an electrochemical device can be used. It can select suitably according to the kind of electrochemical element to be carried out.
  • a material having electrical conductivity and electrochemical durability is used as the current collector.
  • a current collector made of a metal material such as iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold, platinum or the like can be used.
  • the said material may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • the conductive substance that can be contained in the conductive adhesive layer is not particularly limited, and examples thereof include graphite, carbon black, carbon fibers, carbon whiskers, carbon nanofibers, carbon nanotubes and the like. One of these may be used alone, or two or more of them may be used in combination at an arbitrary ratio. Among them, graphite and carbon black are preferable from the viewpoint of increasing the capacity of the obtained electrochemical device.
  • the thermoplastic elastomer similar to the said binder for functional layers can be mentioned.
  • the conductive adhesive layer may contain optional additives such as a dispersant.
  • the dispersant is not particularly limited, and an alkali metal salt of carboxymethylcellulose and the like can be suitably used.
  • the conductive adhesive layer is formed through a process of preparing a composition for a conductive adhesive layer, blending and mixing the above-mentioned various components, a process of applying to a substrate for an electrochemical element, and an optional drying process.
  • attachment process may be implemented, without drying the coating film of the composition for electroconductive adhesive layers.
  • the thickness of the conductive adhesive layer is preferably 1.5 ⁇ m or more, more preferably 1.9 ⁇ m or more, preferably 3.0 ⁇ m or less, and more preferably 2.2 ⁇ m or less .
  • the thickness of the conductive adhesive layer is preferably equal to or greater than the thickness of the functional layer.
  • the “surface area” does not necessarily mean the surface area which needs to be calculated in consideration of the unevenness on the surface of each layer. Rather, the “surface area” of each layer in the present specification refers to the case where the position where the surface of the conductive adhesive layer and the surface of the electrode mixture layer are in contact is approximated as a virtual contact surface which is a plane. The peripheral line of the outermost surface of each layer is projected on such a contact surface, and the area of the area divided by each of the obtained projection peripheral lines is meant.
  • the surface area of the conductive adhesive layer is smaller than the surface area of the electrode mixture layer, the outer peripheral portion of the electrode mixture layer is not adhered to the conductive adhesive layer in the peeling step described later on the support side. By making it remain, it is possible to avoid including the outer peripheral portion of the electrode mixture layer whose strength is insufficient in the obtained member for an electrochemical element. Accordingly, the end strength of the resulting electrochemical device member can be increased.
  • the surface area of the conductive adhesive layer is preferably more than 80% and less than 99% of the surface area of the electrode mixture layer.
  • the substrate for an electrochemical element and the laminate for an electrochemical element are disposed such that the surface of the conductive adhesive layer and the surface of the electrode mixture layer are adjacent to each other, and the electrode mixture A part of the layer and the conductive adhesive layer are adhered to obtain a pre-member.
  • the organic particles B contained in at least the conductive adhesive layer can be plastically deformed to improve the adhesion between the electrode mixture layer and the conductive adhesive layer.
  • the electrode mixture layer and the conductive adhesive layer may be bonded by a heat press which applies heat simultaneously with the press.
  • the continuous heat roll press in which productivity is improved is preferable.
  • the temperature of the heat press is not particularly limited as long as it does not impair the substrate, but it is usually 50 to 200 ° C., preferably 70 to 150 ° C. When the temperature of the heat press is in this range, the electrode mixture layer and the conductive adhesive layer can be uniformly bonded, and the strength of the resulting electrochemical device member can be increased.
  • the linear pressure of the heat press is not particularly limited as long as it does not impair the substrate, but is usually 1.0 to 500 kN / m. When the linear pressure of the hot press is in this range, the electrode mixture layer and the conductive adhesive layer can be uniformly bonded.
  • the density change rate before and after transfer of the electrode mixture layer is 5% or more, that is, the density of the electrode mixture layer after transfer is slightly higher than the density of the electrode mixture layer before transfer. It is preferable to do so.
  • the pressure in the pressing step at the time of forming the electrode mixture layer is excessively increased. It is preferable to select the laminated body for electrochemical devices formed without.
  • the density change before and after transfer be 20% or less, that is, the density of the electrode mixture layer after transfer not be excessively higher than the density of the electrode mixture layer before transfer.
  • an appropriately high pressure is applied in the pressurizing step at the time of forming the electrode mixture layer.
  • the laminate for an electrochemical element formed by applying a voltage is preferable to select the laminate for an electrochemical element formed by applying a voltage.
  • the density change before and after transfer By setting the density change before and after transfer to be 20% or less, it is possible to suppress the occurrence of an electrode collapse by suppressing an excessively large change occurring in the electrode mixture layer at the time of transfer. .
  • the value of the density change is the ratio of the increase in the density of the electrode mixture layer in the latter stage of the bonding process, where the density of the electrode mixture layer in the former stage of the bonding process is 100%. More specifically, the value of density change can be calculated according to the method described in the examples described later.
  • the value of density change is, for example, the composition at the time of forming the electrode mixture layer in the preparation step, and the pressure at that time when the pressing operation is performed at the time of forming the electrode mixture layer.
  • the adjustment can be performed by changing the press strength and the like at that time.
  • the peeling step another part of the electrode mixture layer not adhered to the support and the conductive adhesive layer is peeled from the pre-member to obtain a member for an electrochemical device.
  • the ratio of the electrode mixture layer to be peeled is 1 area% or more and 20 area% or less, where the entire surface area of the electrode mixture layer is 100 area%.
  • the peeling step is not particularly limited, and is carried out by winding the support by a known winding device such as a winder, etc. to peel from the pre-member.
  • a specific means of partially peeling is, for example, an electrode mixture layer not adhered to the conductive adhesive layer, remaining on the support prior to the winder to facilitate recycling of the support.
  • the member for an electrochemical device obtained through the peeling step can be incorporated into a product as an electrode of the electrochemical device.
  • a negative electrode or a positive electrode of a lithium ion secondary battery was produced according to the laminate for an electrochemical device of the present invention and the manufacturing method of the present invention using the laminate.
  • glass transition temperature and volume average particle diameter of organic particles A and B, thickness of each layer, density change of electrode mixture layer, high temperature cycle characteristics and low temperature output characteristics of electrochemical device, and electrochemical was measured and evaluated by the following method.
  • ⁇ Glass transition temperature of organic particles A and B About the organic particle A, using the monomer and various additives etc. which were used for formation of a core part and a shell part, the polymer used as a measurement sample on the same polymerization conditions as the polymerization conditions of the shell part concerned (core part Aqueous dispersion containing the polymer of (1) and the polymer of the shell part). Then, the prepared aqueous dispersion was used as a measurement sample. In addition, an aqueous dispersion containing organic particles B was prepared and used as a measurement sample.
  • volume average particle size measurement was measured using a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus (LS 13 320, manufactured by Beckman Coulter, Inc.). From the measurement results, a volume average particle diameter D50 was obtained, and the results are shown in Table 1 as a volume average particle diameter D50 (nm).
  • ⁇ Thickness of each layer> The electrode obtained through the manufacturing method according to the present invention in Examples and Comparative Examples was punched into 90 mm ⁇ 90 mm, and then divided into 9 pieces of 30 mm ⁇ 30 mm to obtain a measurement piece. The cross section of each measurement piece was observed with a tabletop microscope (TM3030 plus, magnification 1000 ⁇ , manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), 10 samples were measured, and the average was taken as the thickness of each layer.
  • ⁇ Density change of electrode mixture layer> After the preparation step in each example and comparative example, the initial density D1 of the electrode mixture layer is measured at the former stage of the bonding step, and the post-transfer density D2 of the electrode mixture layer is measured at the latter stage of the peeling step. did.
  • the charge / discharge capacity retention rate was determined. These measurements were performed on five lithium ion secondary batteries, and the average value of the charge / discharge capacity retention rate of each cell was evaluated as the charge / discharge capacity retention rate according to the following criteria.
  • the lithium ion secondary battery as an electrochemical element produced in each of the examples and comparative examples was charged to 4.3 V at a constant current constant voltage (CCCV) charge in an atmosphere at a temperature of 25 ° C. to prepare a cell.
  • the prepared cell was discharged to 3.0 V by a constant current method of 0.2 C and 2 C in an atmosphere at a temperature of 25 ° C., and the electric capacity at each temperature was determined.
  • CCCV constant current constant voltage
  • ⁇ End strength of electrode mixture layer> A strip-shaped negative electrode was unwound from the negative electrode winding body, and a 5.0 cm ⁇ 5.0 cm test piece was cut out so as to include an edge along the longitudinal direction of the strip-shaped negative electrode with one side.
  • Ultrasonic welding manufactured by Branson Co., Ltd.
  • the actuator (Ultraweld L20E) was implemented
  • the change rate (W1 / W0) x 100 (%) was evaluated with the mass before ultrasonic welding as W0 and the mass after ultrasonic welding as W1.
  • the prepared positive electrode winding body was cut out to obtain a sample piece, and the same test and evaluation were carried out.
  • Example 1 First, a negative electrode as a member for an electrochemical device was produced through the following preparation steps to a peeling step. That is, in Example 1, after obtaining the negative electrode according to the manufacturing method of the present invention involving partial transfer of the electrode mixture layer, a lithium ion secondary battery provided with such a negative electrode was produced.
  • Laminate for Electrochemical Device [Step of Preparing Composition for Functional Layer] -Preparation of Organic Particles A- In a 5 MPa pressure-resistant container equipped with a stirrer, 30 parts of butyl acrylate as a (meth) acrylic acid ester monomer and 12 parts of methyl methacrylate as a (meth) acrylic acid ester monomer for forming a core part; styrene 24.5 as an aromatic vinyl monomer Part: 2.8 parts of methacrylic acid as an acid group-containing monomer; 0.7 part of ethylene glycol dimethacrylate as a crosslinkable monomer; 1 part of sodium dodecylbenzene sulfonate as an emulsifier; 150 parts of ion exchange water, Also, 0.5 parts of potassium persulfate as a polymerization initiator was added and sufficiently stirred.
  • the temperature was raised to 60 ° C. to initiate polymerization.
  • the polymerization was continued until the polymerization conversion reached 96% to obtain an aqueous dispersion containing a particulate polymer constituting the core part.
  • a mixture of 29.7 parts of styrene as an aromatic vinyl monomer and 0.3 part of methacrylic acid as an acid group-containing monomer is continuously added to the aqueous dispersion to form a shell part at 70 ° C.
  • the polymerization was continued by heating.
  • the reaction was stopped by cooling to prepare an aqueous dispersion containing organic particles having a core-shell structure in which the outer surface of the core part was partially covered by the shell part. .
  • the glass transition temperature of the polymer forming the core portion of the obtained organic particles was 40 ° C., and the glass transition temperature of the polymer forming the shell portion was 105 ° C. Moreover, the volume average particle diameter (D50) was 500 nm.
  • -Preparation of binder for functional layer- In a reactor equipped with a stirrer, 70 parts of ion-exchanged water, 0.15 parts of sodium lauryl sulfate (manufactured by Kao Chemical Co., Ltd., product name "Emar 2F") as an emulsifier, and 0.5 parts of ammonium persulfate, Each was supplied, the gas phase was replaced with nitrogen gas, and the temperature was raised to 60.degree.
  • aqueous dispersion containing a particulate binder for a functional layer (acrylic polymer) was prepared.
  • the glass transition temperature of the obtained binder for a functional layer was ⁇ 40 ° C.
  • the glass transition temperature of the binder for the functional layer was measured in the same manner as the organic particles B.
  • the functional layer composition described above is coated on the entire surface of a polyethylene terephthalate (PET) film (thickness 25 ⁇ m, width 180 mm) as a support for a laminate for an electrochemical element by a gravure coater and used for the functional layer A coating of the composition was formed.
  • the thickness of the coating was 2 ⁇ m.
  • the composite particle for negative electrodes was supplied so that a coated amount might be 10 mg / cm ⁇ 2 >.
  • the composite particles for the negative electrode were pressed to form a negative electrode composite material layer having a density of about 1.27 g / cm 3 .
  • a laminate for an electrochemical device was obtained, in which the functional layer and the negative electrode mixture layer are disposed in this order on one side of the PET film.
  • Substrate for electrochemical device [step of preparing composition for conductive adhesive]
  • Graphite manufactured by Timcal, “KS-6, volume average particle diameter D50: 3.7 ⁇ m
  • carbon particles and carbon black manufactured by Timcal,“ Super-P ”, volume average particle diameter D50: 0.4 ⁇ m 20 parts
  • carboxymethyl cellulose ammonium salt etherification degree: 0.6, 1% aqueous solution viscosity: 30 mPa ⁇ s
  • aqueous dispersion containing an acrylate polymer as a binder solids concentration 40%
  • 261 parts of water as a solvent were mixed and dispersed using a planetary mixer to obtain a slurry with a solid content concentration of 30% (composition for conductive adhesive).
  • the composition for a conductive adhesive described above is coated on one side of an electrolytic copper foil (thickness: 15 ⁇ m, width: 200 mm) as a substrate at a speed of 10 m / min, and then the drying temperature is 100 ° C. in a drying furnace.
  • the substrate was dried under conditions of a drying time of 1 minute to obtain a substrate with a conductive adhesive layer (substrate for an electrochemical element having a conductive adhesive layer on the surface) having a thickness of 2 ⁇ m and a coating width of 160 mm. .
  • the laminate for an electrochemical element and the base material with a conductive adhesive layer are heat-pressed to obtain an electrochemical element
  • the surface of the negative electrode mixture layer of the laminate for a laminate and the surface of the conductive adhesive layer of the substrate with a conductive adhesive layer were brought into close contact to obtain a pre-member.
  • roll pressing was performed at a forming speed of 6 m / min, a roll temperature of 100 ° C., and a linear pressure of 1.7 kN / cm.
  • the width of the conductive adhesive layer is 160 mm
  • the width of the electrode mixture layer on the electrochemical element laminate obtained in the above step is 180 mm
  • the conductive adhesive in a predetermined section in the length direction is The surface area of the agent layer was smaller than the surface area of the electrode mixture layer.
  • the PET film which is a support body of the laminated body for electrochemical elements from a pre-member is peeled off, and the winding body of an electrochemical element member having a negative electrode composite material layer having a thickness of 60 ⁇ m and a width of 160 mm (negative electrode winding body) I got
  • the density of the negative electrode mixture layer was about 1.5 g / cm 3 .
  • the test piece was obtained from the obtained negative electrode winding body, and the edge part strength of the electrode mixture layer was evaluated according to the said method. The results are shown in Table 1.
  • ⁇ Production of Slurry Composition for Positive Electrode 96 parts of lithium cobaltate (LiCoO 2 , particle diameter: 12 ⁇ m) having a layered structure as a positive electrode active material, 2.0 parts of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo, “HS-100”) as a conductive material, and polyfluorinated An NMP solution (solid content concentration: 8.0%) of vinylidene fluoride (PVdF KREHA Co., Ltd. “KF polymer # 7200”) in an amount equivalent to 2.0 parts of solid equivalent, and an appropriate amount of NMP in a planetary mixer The mixture was stirred to prepare a positive electrode slurry composition.
  • LiCoO 2 lithium cobaltate
  • HS-100 acetylene black
  • KF polymer # 7200 polyfluorinated An NMP solution (solid content concentration: 8.0%) of vinylidene fluoride (PVdF KREHA Co., Ltd. “KF polymer # 7200
  • a 20 ⁇ m thick aluminum foil was prepared as a current collector.
  • the slurry composition for positive electrodes was applied onto an aluminum foil by a comma coater so that the applied amount after drying was 20 mg / cm 2 .
  • the slurry composition for the positive electrode is dried by transporting the aluminum foil at a speed of 0.5 m / min for 2 minutes in an oven at a temperature of 60 ° C. and for 2 minutes in an oven at a temperature of 120 ° C.
  • a film was formed on aluminum foil.
  • the roll of aluminum foil on which the film was formed was vacuum dried at a temperature of 165 ° C. for 2 hours.
  • the negative electrode winding body manufactured as described above is cut out to 5.0 cm ⁇ 5.0 cm to obtain a negative electrode, and the obtained negative electrode is formed on the negative electrode mixture layer on the opposite side of the separator to the positive electrode.
  • the surface of the formed functional layer was disposed to face the separator.
  • the aluminum packaging case was closed by heat sealing at 150 ° C.
  • the high temperature cycle characteristics and the low temperature output characteristics of the lithium ion secondary battery thus obtained were evaluated according to the above-mentioned method. The results are shown in Table 1.
  • Example 2 In producing the negative electrode as a member for an electrochemical element, various processes and evaluations were performed in the same manner as in Example 1 except that the inorganic particles (alumina) as non-conductive particles were not blended in the functional layer. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 In preparation of the negative electrode as a member for electrochemical elements, the same various processes and evaluation as Example 1 were performed except having blended organic particle A prepared as follows. The results are shown in Table 1. ⁇ Preparation of Organic Particles A> 21.35 parts of butyl acrylate as a (meth) acrylic acid ester monomer and 45.5 parts of styrene as an aromatic vinyl monomer for forming a core part; methacrylic acid 2 as an acid group-containing monomer .8 parts: Organic particles A were prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.35 parts of ethylene glycol dimethacrylate as a crosslinkable monomer was used. The glass transition temperature of the core portion of the obtained organic particle A was 60 ° C., and the glass transition temperature of the shell portion was 105 ° C. Moreover, the volume average particle diameter (D50) was 500 nm.
  • D50 volume average particle diameter
  • Example 5 In the preparation of the negative electrode as a member for an electrochemical element, the same various processes and evaluations as in Example 1 were performed except that the thickness of the functional layer was changed as shown in Table 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 6 A positive electrode was produced as a member for an electrochemical device according to the present invention. First, a positive electrode as a member for an electrochemical device was produced through the following preparation steps to a peeling step.
  • Laminate for electrochemical device [composite particle forming process for positive electrode mixture layer] Composite particles were prepared in forming the positive electrode mixture layer. First, 96 parts of lithium cobaltate (LiCoO 2 , particle diameter: 12 ⁇ m) having a layered structure as a positive electrode active material, 2 parts of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo, “HS-100”) as a conductive material, organic particles B 2 parts of polyvinylidene fluoride (PVdF, "KF polymer # 7200” manufactured by Kureha Co., Ltd.) and an appropriate amount of NMP are introduced into the planetary disper and uniformly mixed, thereby providing a composition for the electrode mixture layer I prepared the thing.
  • VdF polyvinylidene fluoride
  • the composition for a functional layer prepared in the same manner as in Example 1 is coated with a gravure coater on one side of a PET film (thickness 25 ⁇ m, width 180 mm) as a support of a laminate for an electrochemical element to function.
  • a coating of the layer composition was formed.
  • the thickness of the coating was 2 ⁇ m.
  • the composite particle for positive electrodes was supplied so that a fabric weight might be 20 mg / cm ⁇ 2 >.
  • a roller squeegee was applied and leveled, and then the composite particles for positive electrode were pressed to form a positive electrode mixture layer having a density of about 3.15 g / cm 3 .
  • a laminate for an electrochemical element was obtained, in which the functional layer and the positive electrode mixture layer are disposed in this order on one side of the PET film.
  • Substrate for electrochemical device [step of forming a substrate for electrochemical device having a conductive adhesive layer] A substrate with a conductive adhesive layer (for an electrochemical device having a conductive adhesive layer on the surface) in the same manner as in Example 1 except that aluminum foil (thickness: 20 ⁇ m, width: 200 mm) was used as the substrate Substrate) was obtained.
  • a lithium ion secondary battery was produced according to the following procedure.
  • ⁇ Production of Slurry Composition for Negative Electrode 96 parts of graphite (average particle diameter: 15 ⁇ m) as a negative electrode active material, and 2 parts of a styrene-butadiene copolymer (Nippon Zeon Co., Ltd., “BM-480B”, glass transition temperature -25 ° C.) as organic particles B Then, 2 parts of sodium salt of carboxymethylcellulose (CMC-Na) as a thickener and 120 parts of water as a solvent were stirred by a planetary mixer to prepare a slurry composition for a negative electrode.
  • CMC-Na carboxymethylcellulose
  • An electrolytic copper foil (thickness: 15 ⁇ m, width: 200 mm) was prepared as a current collector.
  • the negative electrode slurry composition was applied onto the electrodeposited copper foil by a comma coater so that the applied amount after drying was 20 mg / cm 2 . Then, the negative electrode slurry composition is dried by transporting the electrodeposited copper foil at a speed of 0.5 m / min for 2 minutes in an oven at a temperature of 60 ° C. and for 2 minutes in an oven at a temperature of 120 ° C. A film was formed on the electrodeposited copper foil.
  • the roll of the electrodeposited copper foil on which the film was formed was vacuum dried at a temperature of 165 ° C. for 2 hours. Thereafter, it was gradually cooled (cooling rate: 140 ° C./hour) to a temperature of 25 ° C. for 1 hour to obtain a negative electrode raw fabric.
  • the density before pressing of the negative electrode raw fabric was 1.0 g / cm 3 .
  • the negative electrode material sheet was rolled by a roll press to prepare a negative electrode composed of a negative electrode mixture layer having a density of 1.5 g / cm 3 and an electrolytic copper foil.
  • the thickness of the negative electrode mixture layer was 70 ⁇ m. ⁇ Manufacturing of lithium ion secondary battery>
  • the negative electrode after pressing was cut out to 5.0 cm ⁇ 5.0 cm.
  • a separator cut out to 5.2 cm ⁇ 5.5 cm was disposed on the negative electrode composite material layer of the cut-out negative electrode. Furthermore, the positive electrode winding body manufactured as described above is cut out to 4.8 cm ⁇ 4.8 cm to obtain a positive electrode, and the obtained positive electrode is placed on the positive electrode mixture layer on the opposite side of the separator to the negative electrode. The surface of the formed functional layer was disposed to face the separator.
  • the composite particle for negative electrode prepared in the same manner as in Example 1 has a coating weight of 10 mg / cm 2 Supplied to Then, after a roller squeegee was applied and leveled, the composite particles for the negative electrode were pressed to form a negative electrode composite layer having a density of 1.5 g / cm 3 .
  • the obtained negative electrode was a negative electrode in which a conductive adhesive layer and a negative electrode mixture layer were laminated in this order on an electrolytic copper foil as a substrate.
  • PET indicates polyethylene terephthalate
  • Tg indicates a glass transition temperature
  • SBR refers to styrene-butadiene copolymer
  • LCO indicates lithium cobaltate
  • PVdF shows polyvinylidene fluoride.
  • the member for an electrochemical device according to Examples 1 to 6 obtained according to the manufacturing method involving partial transfer of the electrode mixture layer is rich in end strength, and provided with such a member for an electrochemical device It can be seen that the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 6, which are elements, were able to exhibit excellent high temperature cycle characteristics.
  • the electrode mixture layer according to Comparative Example 1 formed using the composite particles without partially transferring the electrode mixture layer is inferior in end portion strength, and Comparative Example 1 including the electrode mixture layer It can be seen that the lithium ion secondary battery is inferior to the high temperature cycle characteristics.
  • the manufacturing method of the member for electrochemical devices which can provide the member for electrochemical devices with high intensity

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Abstract

本発明の製造方法は、導電性接着剤層を有する電気化学素子用基材と、電極合材層及び支持体を含む電気化学素子用積層体とを、導電性接着剤層の表面と、電極合材層の表面とを隣接配置し、電極合材層の一部と導電性接着剤層とを接着させてプレ部材を得る接着工程と、プレ部材から、支持体等を剥離する剥離工程と、を含む。そして、上記導電性接着剤層の表面積が、電極合材層の表面積よりも小さく、電極合材層の外周部の少なくとも一部が、導電性接着剤層と接着せず、剥離工程にて支持体側に随伴する。

Description

電気化学素子用部材の製造方法及び電気化学素子用積層体
 本発明は、電気化学素子用部材の製造方法及び電気化学素子用積層体に関するものである。特に、本発明は、電気化学素子用部材の製造方法と、かかる製造方法に好適に用いることができる電気化学素子用積層体に関するものである。
 リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなどの電気化学素子は、小型で軽量、且つ、エネルギー密度が高く、更に繰り返し充放電が可能という特性があり、幅広い用途に使用されている。
 ここで、例えばリチウムイオン二次電池用の電極は、通常、集電体と、集電体上に配置された電極合材層(正極合材層又は負極合材層)とを備えている。そして、電極は、従来種々の形成方法により形成されてきた。例えば、電極上に電極合材層を配置するに当たり、集電体上に電極活物質、結着材、及び導電材等を含むスラリー組成物を塗布する方法が一般的に行われてきた。また、集電体とは異なる支持体上にて電極合材層を形成して電極合材層付支持体を得てから、かかる電極合材層付き支持体を用いて、集電体を含む積層体に対して電極合材層を「転写」することで、電極を作製する方法も提案されてきた(例えば、特許文献1参照)。
 特許文献1では、まず、電極活物質、結着材、及び導電材等を混合して造粒し、得られた造粒物である複合粒子を用いて、支持体上にて電極合材層を形成することにより、電極合材層を有する電極合材層付支持体を得ていた。そして、特許文献1では、得られた電極合材層付支持体を用いて集電体を含む積層体に対して電極合材層を転写して、電極を作製していた。
特開2010-97830号公報
 しかし、上述のような、造粒物をシート成形して得た電極合材層は、電極合材層の面方向外周端部及びその近傍(以下、併せて「外周部」とも称する)における強度が不十分となる傾向があった。このため、かかる電極合材層を有する電極等の電気化学素子用部材の端部強度も不十分となる虞があった。
 そこで、本発明は、端部における強度が高い電気化学素子用部材を提供可能な、電気化学素子用部材の製造方法を提供することを目的とする。
 また、本発明は、上記電気化学素子用部材の製造方法に適した電気化学素子用積層体を提供することを目的とする。
 本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、本発明者は、電極合材層付支持体を用いた転写工程において、電極合材層の全体を転写するのではなく、電極合材層の外周部の少なくとも一部が支持体上に残るように、転写することで、電極等の電気化学素子用部材に備えられる電極合材層の端部強度を顕著に向上させうることを見出し、本発明を完成させた。
 即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の電気化学素子用部材の製造方法は、電極合材層と支持体とを備える電気化学素子用積層体を用いた電気化学素子用部材の製造方法であって、表面に導電性接着剤層を有する電気化学素子用基材と、前記電気化学素子用積層体とを、前記導電性接着剤層の表面と、前記電極合材層の表面とが相互に隣接するように配置し、前記電極合材層の一部と前記導電性接着剤層とを接着させてプレ部材を得る接着工程と、前記プレ部材から、前記支持体及び前記導電性接着剤層と接着していない前記電極合材層の他の一部を剥離する剥離工程と、を含み、前記導電性接着剤層の表面積が、前記電極合材層の表面積よりも小さく、前記電極合材層の外周部の少なくとも一部が、前記導電性接着剤層と接着していない前記電極合材層の他の一部であることを特徴とする。このように、電極合材層を転写するにあたり、電極合材層の外周部の少なくとも一部が支持体上に残留するような方途(以下、「電極合材層の一部転写を伴う製造方法」或いは「一部転写法」とも称する)を採用することで、端部における強度が高い電気化学素子用部材を提供することが可能となる。
 また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の電気化学素子用積層体は、支持体表面上に、機能層と、電極合材層と、をこの順に備えることを特徴とする。このように、電気化学素子用積層体が、支持体と電極合材層との間に機能層を含んでいれば、かかる電気化学素子用積層体を用いた転写操作を実施した場合に、良好な電極合材層を形成することが可能となる。
 ここで、本発明の電気化学素子用積層体は、前記機能層の厚みが1.5μm以上3μm以下であることが好ましい。電気化学素子用積層体に備えられた機能層の厚みが上記範囲内であれば、電極合材層を良好に保持できると共に、得られる電気化学素子の電気的特性を向上させることができる。
 また、本発明の電気化学素子用積層体は、前記機能層が非導電性粒子を含むことが好ましい。機能層が非導電性粒子を含んでいれば、電気化学素子中にて電極合材層を保護するように機能し、電気化学素子の電気化学的特性を向上させることができる。
 また、本発明の電気化学素子用積層体は、前記機能層が有機粒子Aを含み、前記有機粒子Aのガラス転移温度が20℃以上であることが好ましい。機能層が、ガラス転移温度が20℃以上である有機粒子Aを含んでいれば、電気化学素子用積層体の転写容易性を向上させることができる。なお、本発明において、有機粒子Aの「ガラス転移温度」は、本明細書の実施例に記載の測定方法を用いて測定することができる。
 また、本発明の電気化学素子用積層体は、前記電極合材層が有機粒子Bを含み、前記有機粒子Bのガラス転移温度が30℃以下であることが好ましい。
 電極合材層が、ガラス転移温度が30℃以下である有機粒子Bを含んでいれば、電極合材層の強度を高めて、得られる電気化学素子の電気的特性を向上させることができる。なお、本発明において、有機粒子Bの「ガラス転移温度」は、本明細書の実施例に記載の測定方法を用いて測定することができる。
 さらにまた、本発明の電気化学素子用部材の製造方法は、前記電気化学素子用積層体が、上述した何れかの電気化学素子用積層体であることが好ましい。
 上記何れかの電気化学素子用積層体を本発明の電気化学素子用部材の製造方法にて用いれば、電気的特性に優れる電気化学素子を良好に製造することができる。
 さらにまた、本発明の電気化学素子用部材の製造方法は、前記接着工程の前と、前記接着工程の後とで比較した場合の、前記電極合材層の密度変化率が、5%以上20%以下であることが好ましい。
 電極合材層の転写前後の密度変化率が5%以上20%以下となるようにすれば、転写容易性を高めつつ、転写により電極合材層を積層体上に良好に配置することができる。
 なお、本発明において、「電極合材層の転写前後の密度変化率」は、本明細書の実施例に記載の方法により算出することができる。
 本発明によれば、端部における強度が高い電気化学素子用部材を提供可能な、電気化学素子用部材の製造方法を提供することができる。
 また、本発明によれば、上記電気化学素子用部材の製造方法に適した電気化学素子用積層体を提供することができる。
 以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
 ここで、本発明の電気化学素子用部材の製造方法は、特に限定されることなく、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなどの電気化学素子の電極を製造する際に好適に実施することができる。また、本発明の電気化学素子用積層体は、電極合材層を転写により形成する操作を含む限りにおいて特に限定されることなく、あらゆる電気化学素子用部材の製造方法にて好適に使用することができるが、本発明の電気化学素子用部材の製造方法において、特に好適に使用することができる。
 以下、電気化学素子がリチウムイオン二次電池である場合を一例に、本発明について詳述する。
 本発明の電気化学素子用部材の製造方法(以下、単に「本発明の製造方法」とも称する)は、電極合材層と支持体とを備える電気化学素子用積層体を用いた電気化学素子用部材の製造方法である。より具体的には、本発明の製造方法は、表面に導電性接着剤層を有する電気化学素子用基材と、電気化学素子用積層体とを、導電性接着剤層の表面と、電極合材層の表面とが相互に隣接するように配置し、電極合材層の一部と導電性接着剤層とを接着させてプレ部材を得る接着工程と、プレ部材から、支持体及び導電性接着剤層と接着していない前記電極合材層の他の一部を剥離する剥離工程を含む。そして、本発明の製造方法は、導電性接着剤層の表面積が、電極合材層の表面積よりも小さく、電極合材層の外周部の少なくとも一部が、導電性接着剤層と接着していない、電極合材層の他の一部であることを必要とする。このように、電極合材層を転写するにあたり、電極合材層の全部ではなく一部を転写することを伴う製造方法(一部転写法)を採用することで、層厚みが薄く、強度が不十分でありうる電極合材層の外周部が、得られる電気化学素子用部材に含まれることを回避することができ、端部における強度が高い電気化学素子用部材を提供することが可能となる。また、本発明の製造方法は、任意で、接着工程の前段に準備工程を含んでいても良い。以下、各工程について詳述する。
(準備工程)
 準備工程では、電気化学素子用積層体、及び導電性接着剤層を有する電気化学素子用基材を準備する。準備工程で準備し得る電気化学素子用積層体の一例として、本発明の電気化学素子用積層体が挙げられる。以下、本発明の電気化学素子用積層体について説明する。
<電気化学素子用積層体>
 本発明の電気化学素子用積層体は、支持体表面上に、機能層と、電極合材層とをこの順に備える、電気化学素子の製造用の積層体である。なお、支持体と機能層との間には他の層等は介在せず、支持体と機能層とは相互に隣接し得る。また、機能層と電極合材層との間には他の層等は介在せず、機能層と電極合材層とは相互に隣接し得る。そして、本発明の電気化学素子用積層体は、支持体と電極合材層との間に機能層を含んでいるので、かかる電気化学素子用積層体を用いて、後述する接着工程及び剥離工程(以下、これらの工程をあわせて「転写工程」とも称する)を実施した場合に、良好な電極合材層を形成することが可能となる。
[支持体]
 支持体としては、特に限定されることなく、無機材料及び有機材料等のあらゆる材料よりなる箔及びフィルム等が挙げられる。具体的には、アルミニウム箔、銅箔、アイオノマーフィルム(IOフィルム)、ポリエチレンフィルム(PEフィルム)、ポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム)、ポリエチレンナフタレートフィルム(PENフィルム)、ポリ塩化ビニルフィルム(PVCフィルム)、ポリ塩化ビニリデンフィルム(PVDCフィルム)、ポリビニルアルコールフィルム(PVAフィルム)、ポリプロピレンフィルム(PPフィルム)、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム(PCフィルム)、ポリスチレンフィルム(PSフィルム)、ポリアクリロニトリルフィルム(PANフィルム)、エチレン-酢酸ビニル共重合体フィルム(EVAフィルム)、エチレン-ビニルアルコール共重合体フィルム(EVOHフィルム)、エチレン-メタクリル酸共重合体フィルム(EMAAフィルム)、ナイロンフィルム(NYフィルム、ポリアミド(PA)フィルム)、セロファン、イミドフィルム、及び紙などが挙げられる。また、上記例示に係る箔及びフィルム等を含む、多層構造のフィルムを支持体として用いても良い。かかる多層構造は、同種又は異種のフィルム等を複数層積層してなるものであり得る。中でも、汎用性や取扱いの容易さの観点から、支持体としては、熱可塑性樹脂フィルムが好ましく、特に、PETフィルム、PEフィルム、及びPVCフィルム等が好ましい。
 支持体の厚さは特に限定されないが、5μm以上が好ましく、20μm以上がより好ましく、200μm以下が好ましく、150μm以下がより好ましい。また、支持体の幅も、特に限定されないが、100mm以上が好ましく、200mm以上がより好ましく、1000mm以下が好ましく、500mm以下がより好ましい。
 支持体は少なくとも一方の表面が剥離処理されていても良い。剥離処理の方法としては、特に限定されることなく、例えば、アルキド樹脂などの熱硬化性樹脂、シリコーン樹脂、及びフッ素樹脂等を支持体表面に対して塗工して塗膜を形成し、必要に応じて得られた塗膜を硬化する等の方法が挙げられる。
 なお、支持体は繰り返し使用することも可能であり、繰り返し使用することで、さらに電気化学素子用部材の生産コストを低減することができる。
[機能層]
 機能層は、支持体表面上に配置される。機能層は、電極合材層を支持体に対して接着させるとともに、本発明の電気化学素子用積層体を用いて電極合材層を転写する際には、支持体から電極合材層を剥離させるように機能する、所謂「転写剥離層」でありうる。なお、剥離後には、電極合材層上、及び/又は支持体上に機能層が残留し得る。そして、例えば、電極合材層の転写により電極を形成した場合には、電極合材層上に残留した機能層は、非導電性であり、セパレータと電極とを接着させるための接着層として、及び/又は、セパレータの耐熱性及び強度を向上させるための多孔膜層として、機能し得る。
 機能層は、有機粒子A、機能層用結着材、非導電性粒子、及びその他の任意成分を含みうる。以下、各成分について詳述する。
―有機粒子A―
 機能層は、ガラス転移温度が20℃以上である有機粒子Aを含むことが好ましい。有機粒子Aは、電気化学素子用積層体を用いて電極合材層を転写する際に支持体から合材層を剥離させ易くするように機能しうる。さらに、転写後、電極合材層上に残留した機能層中の有機粒子Aは、セパレータと電極とを接着させるように機能し得る。有機粒子Aのガラス転移温度は、30℃以上であることが好ましく、35℃以上であることがより好ましく、40℃以上であることがさらに好ましく、150℃以下であることが好ましい。有機粒子Aのガラス転移温度が上記下限値以上であれば、電気化学素子用積層体を用いて電極合材層を転写する際の転写容易性を向上させることができる。また、有機粒子Aのガラス転移温度が上記上限値以下であれば、転写後、機能層を表面に有する電極合材層をセパレータに対して接着させる際に発揮し得る接着力を高めることができる。これにより、電気化学素子の内部抵抗を低減することができ、電気化学素子のサイクル特性を向上することができる。
 有機粒子Aは、ガラス転移温度が20℃以上である限りにおいて特に限定されることなく、電気化学素子に使用されうるあらゆる有機粒子であり得る。例えば、有機粒子Aとしては、コア部と、コア部の外表面の少なくとも一部を覆うシェル部とを備えるコアシェル構造を有する有機粒子が挙げられる。なお、コアシェル構造を有する有機粒子Aのシェル部は、コア部の外表面を覆っているが、コア部の外表面の全体を覆ってはいない。外観上、コア部の外表面がシェル部によって完全に覆われているように見える場合であっても、シェル部の内外を連通する孔が形成されていれば、そのシェル部はコア部の外表面を部分的に覆うシェル部である。従って、例えば、シェル部の外表面(即ち、有機粒子Aの周面)からコア部の外表面まで連通する細孔を有するシェル部を備える有機粒子は、上記有機粒子Aに含まれる。
 そして、有機粒子Aがコアシェル構造を有する有機粒子である場合には、少なくともシェル部を構成する重合体のガラス転移温度が20℃以上であることが好ましく、コア部を構成する重合体のガラス転移温度も20℃以上であることがより好ましい。さらに、シェル部を構成する重合体のガラス転移温度Tgがコア部を構成する重合体のガラス転移温度Tgよりも10℃以上高いことが好ましく、30℃以上高いことがより好ましい。そして、有機粒子Aがコアシェル構造を有する有機粒子である場合には、コア部を構成する重合体のガラス転移温度が20℃以上であることが好ましく、35℃以上であることがより好ましく、40℃以上であることがさらに好ましく、70℃以下であることが好ましく、55℃以下であることがより好ましい。また、シェル部を構成する重合体のガラス転移温度が、50℃以上であることが好ましい。
 なお、コア部又はシェル部を構成する重合体のガラス転移温度を調節する方法としては、例えば、重合体を調製するために用いる単量体の種類及び量を、当該単量体の単独重合体のガラス転移温度を考慮して、適切に選択することが挙げられる。例えば、重合体の調製に(メタ)アクリル酸エステル単量体を使用する場合、(メタ)アクリル酸エステル単量体のアルコールに由来する部分の炭素数が多いほど、得られる重合体のガラス転移温度が低くなる傾向がある。ここで、本発明において、(メタ)アクリルとは、アクリル及び/又はメタクリルを意味する。
--コア部の重合体の組成
 コア部の重合体を調製するために用いる単量体としては、その重合体のガラス転移温度が、上記条件を満たすものを適宜選択して用いうる。そのような単量体としては、例えば、塩化ビニル、塩化ビニリデン等の塩化ビニル系単量体;酢酸ビニル等の酢酸ビニル系単量体;スチレン、α-メチルスチレン、スチレンスルホン酸、ブトキシスチレン、ビニルナフタレン等の芳香族ビニル単量体;ビニルアミン等のビニルアミン系単量体;N-ビニルホルムアミド、N-ビニルアセトアミド等のビニルアミド系単量体;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、2-エチルヘキシルアクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル単量体;アクリルアミド、メタクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド単量体;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等の(メタ)アクリロニトリル単量体;2-(パーフルオロヘキシル)エチルメタクリレート、2-(パーフルオロブチル)エチルアクリレート等のフッ素含有(メタ)アクリレート単量体;マレイミド;フェニルマレイミド等のマレイミド誘導体;1,3-ブタジエン、イソプレン等のジエン系単量体;などが挙げられる。また、これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 なお、本発明において、(メタ)アクリレートとは、アクリレート及び/又はメタクリレートを意味し、(メタ)アクリロニトリルとは、アクリロニトリル及び/又はメタクリロニトリルを意味する。
 これらの単量体の中でも、コア部の重合体の調製に用いられる単量体としては、(メタ)アクリル酸エステル単量体、及び芳香族ビニル単量体を用いることが好ましい。中でも、(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、メタクリル酸メチル及び/又はアクリル酸ブチルを用いることがより好ましい。これらの単量体を使用することにより、コア部の重合体のガラス転移温度の制御が容易になると共に、有機粒子Aを含む機能層のイオン拡散性を一層高めることができる。また、芳香族ビニル単量体の中でも、スチレン及びスチレンスルホン酸等のスチレン誘導体がより好ましい。芳香族ビニル単量体を使用することにより、機能層に適度な接着性を付与することができるからである。
 また、コア部の重合体は、酸基含有単量体単位を含みうる。ここで、酸基含有単量体としては、酸基を有する単量体、例えば、(メタ)アクリル酸等のカルボン酸基を有する単量体、スルホン酸基を有する単量体、リン酸基を有する単量体、及び、水酸基を有する単量体が挙げられる。
 また、コア部の重合体は、上記単量体単位に加え、架橋性単量体単位を含んでいることが好ましい。架橋性単量体とは、加熱又はエネルギー線の照射により、重合中又は重合後に架橋構造を形成しうる単量体である。架橋性単量体としては、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。
--シェル部の重合体の組成
 シェル部の重合体を調製するために用いる単量体としては、その重合体のガラス転移温度が、上記条件を満たすものを適宜選択して用いうる。そのような単量体としては、例えば、コア部の重合体を製造するために用いうる単量体として例示した単量体と同様の単量体が挙げられる。また、このような単量体は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 これらの単量体の中でも、シェル部の重合体の調製に用いられる単量体としては、芳香族ビニル単量体を用いることが好ましい。即ち、シェル部の重合体は、芳香族ビニル単量体単位を含むことが好ましい。また、芳香族ビニル単量体の中でも、スチレン及びスチレンスルホン酸等のスチレン誘導体がより好ましい。芳香族ビニル単量体を使用することにより、機能層に適度な接着性を付与することができるからである。
 また、シェル部の重合体は、芳香族ビニル単量体単位以外に、酸基含有単量体単位を含みうる。ここで、酸基含有単量体としては、コア部の重合体を製造するために用いうる単量体として例示した単量体と同様の単量体が挙げられ、中でも、(メタ)アクリル酸が好ましい。
 なお、有機粒子Aがコアシェル構造を有さない粒子である場合には、有機粒子Aの調製に際して、有機粒子Aのガラス転移温度が上記範囲内となるようにしうる単量体を、上記コア部の重合体を製造するために用いうる単量体として例示した単量体と同様の単量体から、適宜選択して用いうる。
-有機粒子Aの体積平均粒子径D50
 また、有機粒子Aの体積平均粒子径D50は、有機粒子Aがコアシェル構造を有する粒子であるか否かにかかわらず、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.1μm以上、さらに好ましくは0.2μm以上であり、好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下、さらに好ましくは1μm以下である。有機粒子Aの体積平均粒子径D50を前記範囲の下限値以上にすることにより、機能層の内部抵抗の上昇を抑制し、電気化学素子の低温出力特性を向上させることができる。また、有機粒子Aの体積平均粒子径D50を前記範囲の上限値以下にすることにより、電気化学素子の高温サイクル特性を向上させることができる。
 なお、本発明において、有機粒子の「体積平均粒子径D50」は、本明細書の実施例に記載の測定方法を用いて測定することができる。
 また、機能層中における有機粒子Aの含有割合は、機能層の全質量を100質量%として、通常50質量%以上であり、60質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、通常97質量%以下であり、95質量%以下が好ましい。
―非導電性粒子―
 機能層は、非導電性粒子を含むことが好ましい。非導電性粒子を含む機能層は、転写後に電極合材層上に残留した場合に、電極合材層を保護するように、即ち、セパレータの耐熱性及び強度を向上させるための多孔膜層として機能することができる。機能層に配合される非導電性粒子としては、特に限定されることなく、電気化学素子に用いられうる既知の非導電性粒子を挙げることができる。
 具体的には、非導電性粒子としては、無機微粒子と有機微粒子との双方を用いることができるが、中でも、無機微粒子が好ましい。特に、非導電性粒子の材料としては、電気化学素子の使用環境下で安定に存在し、電気化学的に安定である材料が好ましい。このような観点から非導電性粒子の材料の好ましい例を挙げると、酸化アルミニウム(アルミナ)、水和アルミニウム酸化物(ベーマイト)、酸化ケイ素、酸化マグネシウム(マグネシア)、酸化カルシウム、酸化チタン(チタニア)、BaTiO3、ZrO、アルミナ-シリカ複合酸化物等の酸化物粒子;窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の窒化物粒子;シリコン、ダイヤモンド等の共有結合性結晶粒子;硫酸バリウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム等の難溶性イオン結晶粒子;タルク、モンモリロナイト等の粘土微粒子;などが挙げられる。また、これらの粒子は必要に応じて元素置換、表面処理、固溶体化等が施されていてもよい。
 なお、上述した非導電性粒子は、1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。また、非導電性粒子が有機微粒子である場合には、後述する有機粒子A及び機能層用結着材とは異なる有機微粒子を、非導電性粒子として選択し得る。かかる有機微粒子としては、例えば、ガラス転移温度が150℃超の有機微粒子が挙げられる。
 そして、機能層中における非導電性粒子の含有量は、上述した有機粒子A100質量部に対して、10質量部以上であることが好ましく、50質量部以下であることが好ましく、40質量部以下であることがより好ましい。非導電性粒子の含有量が上記下限値以上であれば、機能層内に電解液を侵入し易くして電解液注液性を高めて、電気化学素子の低温出力特性を向上させうる。また、非導電性粒子の含有量が上記上限値以下であれば機能層の発揮し得る接着力を向上させることができる。
―機能層用結着材―
 機能層用結着材は、上記有機粒子Aとは異なる有機粒子であり、支持体上に電極合材層を保持するように機能することができる。機能層用結着材としては、既知の結着材、例えば、熱可塑性エラストマーが挙げられる。そして、熱可塑性エラストマーとしては、共役ジエン系重合体及びアクリル系重合体が好ましく、アクリル系重合体がより好ましい。
 ここで、共役ジエン系重合体とは、共役ジエン単量体単位を含む重合体を指し、共役ジエン系重合体の具体例としては、スチレン-ブタジエン共重合体(SBR)などの、芳香族ビニル単量体単位及び脂肪族共役ジエン単量体単位を含む重合体や、アクリルゴム(NBR)(アクリロニトリル単位及びブタジエン単位を含む重合体)などが挙げられる。また、アクリル系重合体とは、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含む重合体を指す。ここで、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を形成し得る(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、有機粒子のコア部の重合体を調製するために用いる単量体と同様のものを用いることができる。
 なお、これらの機能層用結着材は、1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。ただし、2種類以上の重合体を組み合わせた機能層用結着材を用いる場合、かかる機能層用結着材としての重合体は、上述した有機粒子Aとは異なるものとする。
 さらに、機能層用結着材としてのアクリル系重合体は、(メタ)アクリロニトリル単量体単位を含むことがさらに好ましい。これにより、機能層の強度を高めることができる。(メタ)アクリロニトリル単量体単位を形成し得る(メタ)アクリロニトリル単量体としては、上記有機粒子Aのコア部の重合体を調製する際に使用可能な単量体として例示した単量体と同じものを用いることができる。
 ここで、機能層用結着材としてのアクリル系重合体において、(メタ)アクリロニトリル単量体単位及び(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の合計量に対する(メタ)アクリロニトリル単量体単位の量の割合は、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上であり、好ましくは30質量%以下、より好ましくは25質量%以下である。前記割合を前記範囲の下限値以上にすることにより、機能層用結着材としてのアクリル系重合体の強度を高め、当該アクリル系重合体を用いた機能層の強度をより高くすることができる。また、前記割合を前記範囲の上限値以下にすることにより、機能層用結着材としてのアクリル系重合体が電解液に対して適度に膨潤するため、機能層のイオン伝導性の低下及び電気化学素子の低温出力特性の低下を抑制することができる。
 また、機能層用結着材のガラス転移温度は、通常は有機粒子Aのガラス転移温度よりも低く(有機粒子Aがコアシェル構造を有する場合にはコア部の重合体のガラス転移温度及びシェル部の重合体のガラス転移温度の双方よりも低く)、好ましくは-100℃以上であり、より好ましくは-90℃以上であり、さらに好ましくは-80℃以上であり、また、好ましくは0℃以下であり、より好ましくは-5℃以下であり、さらに好ましくは-10℃以下である。機能層用結着材のガラス転移温度を前記範囲の下限値以上にすることにより、機能層用結着材の接着性及び強度を高めることができる。また、機能層用結着材のガラス転移温度を前記範囲の上限値以下にすることにより、機能層の柔軟性を高めることができる。機能層用結着材のガラス転移温度は、重合体の調製に用いる単量体組成を変更することによって調節することができる。
 そして、機能層中の機能層用結着材の含有量は、前述した有機粒子A100質量部に対して、1質量部以上であることが好ましく、3質量部以上であることがより好ましく、5質量部以上であることが更に好ましく、また、30質量部以下であることが好ましく、25質量部以下であることがより好ましく、20質量部以下であることが更に好ましい。機能層用結着材の含有量を前記範囲の下限値以上にすることにより、機能層の結着性を向上させ、剥離工程の前段にて、電極合材層を支持体上に良好に保持することができる。また、機能層用結着材の含有量を前記範囲の上限値以下にすることにより、電気化学素子用積層体を用いて電極合材層を転写する際の転写容易性を向上させることができる。
 機能層用結着材の製造方法としては、例えば、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法などが挙げられる。中でも、水中で重合をすることができ、粒子状の機能層用結着材を含む水分散液をそのまま機能層の形成に好適に使用できるので、乳化重合法及び懸濁重合法が好ましい。また、機能層用結着材としての重合体を製造する際、その反応系は分散剤を含むことが好ましい。機能層用結着材は、通常、実質的にそれを構成する重合体により形成されるが、重合に際して用いた添加剤等の任意の成分を同伴していてもよい。
[その他の成分]
 そして、機能層は、上述した成分以外にも、任意のその他の成分を含んでいてもよい。前記その他の成分は、電気化学素子における電気化学的反応に影響を及ぼさないものであれば特に限られず、公知のものを使用することができる。また、これらのその他の成分は、1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
 前記その他の成分としては、例えば、エチレンオキサイド-プロピレンオキサイド共重合体などの濡れ剤、粘度調整剤、電解液添加剤などの、機能層の形成時に使用される既知の添加剤が挙げられる。
―機能層の形成方法―
 機能層は、まず、機能層用組成物を調製し(機能層用組成物調製工程)、支持体表面上に機能層用組成物を塗布して塗膜を得る(塗布工程)ことにより、形成することができる。機能層用組成物調製工程にて、機能層用組成物は、特に限定されることなく、上記各種成分を、水等の任意の分散媒に対して分散することで調製することができる。分散方法は、特に限定されないが、各成分を効率よく分散させるため、通常は混合装置として分散機を用いて混合を行う。なお、分散機としては、上記成分を均一に分散及び混合できる装置を用いることが好ましい。分散機の例としては、ボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサーなどが挙げられる。また、高い分散シェアを加えることができるという観点から、ビーズミル、ロールミル、フィルミックス等の高分散装置を用いることも好ましい。
 塗布工程にて、機能層用組成物を支持体上に塗布する方法は、特に制限は無く、例えば、スプレーコート法、ドクターブレード法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などの方法が挙げられる。なかでも、グラビア法やスプレーコート法が好ましい。
―機能層厚み―
 機能層は、厚みが1.5μm以上であることが好ましく、1.8μm以上であることがより好ましく、3.0μm以下であることが好ましく、2.2μm以下であることがより好ましい。機能層の厚みが上記下限値以上であれば、支持体と電極合材層との接着性を高めることができる。また、機能層の厚みが上記上限値以下であれば、転写後に電極合材層上に残留する機能層の厚みが過度に厚くなることを抑制して、得られる電気化学素子の低温出力特性を向上させることができる。
[電極合材層]
 電極合材層は、機能層表面上に配置される。電極合材層は、電極活物質を含む電極合材層用組成物を用いて形成される。電極合材層用組成物は、電極活物質に加えて、電極活物質を電極合材層中に保持するように機能する有機粒子Bを含むことが好ましい。これらの他に、電極合材層用組成物は、溶媒や、後述する導電性接着剤層に含有されうる導電性物質として列挙したような、既知の導電性物質や、分散剤及び増粘剤等の既知の添加剤等を任意で含有しても良い。
 電極活物質としては、特に限定されることなく、グラファイトやコバルト酸リチウム等の、特開2011-77070号公報や、特開2010-97830号公報に記載された一般的な電極活物質を用いることができる。
 また、有機粒子Bとしては、電極合材層中に電極活物質を保持するように機能し得る限りにおいて特に限定されることなく、機能層用結着材として列挙したような、共役ジエン系重合体及びアクリル系重合体、フッ素系重合体、ポリイミド系重合体、ポリアミド系重合体、並びに、ポリウレタン系重合体等を用いることができる。中でも、有機粒子Bとしては、スチレン-ブタジエン共重合体(SBR)などの、芳香族ビニル単量体単位及び脂肪族共役ジエン単量体単位を含む重合体、及びポリフッ化ビニリデン等のフッ素系重合体が好ましい。
 さらに、有機粒子Bは、ガラス転移温度が、30℃以下であることが好ましく、10℃以下であることがより好ましく、通常、-100℃以上である。ガラス転移温度が上記上限値以下である有機粒子Bを電極合材層に配合することで、電極合材層の強度を向上させることができる。有機粒子Bのガラス転移温度は、重合体の調製に用いる単量体組成を変更することによって調節することができる。なお、有機粒子Bのガラス転移温度と、上述した機能層に含有されうる有機粒子Aのガラス転移温度とを比較した場合に、有機粒子Bのガラス転移温度が有機粒子Aのガラス転移温度よりも低いことが好ましく、両者の差が20℃以上であることがより好ましい。なお、有機粒子Aがコアシェル構造を有する粒子である場合には、有機粒子Aのシェル部のガラス転移温度及び有機粒子Aのコア部のガラス転移温度の双方よりも、有機粒子Bのガラス転移温度の方が低いことが好ましい。
 そして、電極合材層の形成方法としては、特に限定されることなく、例えば以下に簡潔に説明するような3通りの方法が挙げられる。
 (1)電極活物質及び有機粒子B等を水等の溶媒中に分散して得た電極合材層用組成物を機能層上に塗布し塗膜を得て、得られた塗膜を乾燥させる方法(塗布法)
 (2)電極活物質及び有機粒子B等を水等の溶媒中に分散して得た電極合材層用組成物を噴霧等により液滴状態として溶媒を除去することで造粒し(造粒工程)、得られた造粒物である複合粒子をシート状の電極合材層に成形(シート成形工程)する方法(複合粒子シート成形法)
 (3)電極活物質及び有機粒子B等を混練してなる電極合材層用組成物をシート状に成形し、得られた成形物を支持体上に積層する方法(組成物シート成形法)が挙げられる。
 中でも、乾燥工程を必要とせず、厚みのある電極を形成できる点で、上記(2)の形成方法が好ましい。上記(2)の形成方法としては、より具体的には特開2010-97830号公報の記載を参照することができる。上記(2)の形成方法における、シート成形工程は、特に限定されることなく、押出し成形法、ロール圧延法、及び加圧成形法に従って実施し得る。中でも、簡略な設備で行えることから、加圧成形法が好ましく、中でも粉体加圧成形法を採用することがより好ましい。粉体加圧成形法としては、例えば、複合粒子をスクリューフィーダー等の供給装置でロール式加圧成形装置に供給し、電極合材層を成形するロール加圧成形法や、複合粒子を機能層上に散布し、複合粒子をブレード等でならして厚みを調整し、次いで加圧装置で成形する方法、複合粒子を金型に充填し、金型を加圧して成形する方法等がある。
―電極合材層の厚み―
 電極合材層は、厚みが50μm以上であることが好ましく、60μm以上であることがより好ましく、2000μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましい。なお、電極合材層の厚みは、例えば、複合粒子を用いる場合にはかかる複合粒子の目付け量を調節し、及び/又は、形成方法が加圧工程を伴う場合には、かかる加圧工程における加圧強度を変更することにより調節することができる。
<電気化学素子用基材>
 また、準備工程では、上述した電気化学素子用積層体の他に、表面に導電性接着剤層を有する電気化学素子用基材を準備する。なお、導電性接着剤層は、導電性接着剤層を有する電気化学素子用基材の、最表面に配置されうる。導電性接着剤層は、例えば、導電性物質、導電性接着剤層用結着材、及び任意の添加剤を含む。
[基材]
 表面に導電性接着剤層を有する電気化学素子用基材に含まれる基材としては、特に限定されることなく、電気化学素子の電極基材として既知の基材を用いることができ、目的とする電気化学素子の種類によって適宜選択することができる。例えば、集電体としては、電気導電性を有し、かつ、電気化学的に耐久性のある材料が用いられる。具体的には、集電体としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などの金属材料からなる集電体を用い得る。なお、前記の材料は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
[導電性接着剤層]
 導電性接着剤層に含まれ得る導電性物質としては、特に限定されることなく、黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維、カーボンウィスカー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等が挙げられる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。中でも、得られる電気化学素子を高容量化する観点から、黒鉛及びカーボンブラックが好ましい。
 また、導電性接着剤層に含まれる導電性接着剤層用結着材としては、上記機能層用結着材と同様の熱可塑性エラストマーを挙げることができる。
 さらに、導電性接着剤層は、分散剤等の任意の添加剤を含みうる。分散剤としては、特に限定されることなく、カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩等を好適に用いることができる。
 そして、導電性接着剤層は、上記各種成分を配合し、混合する導電性接着剤層用組成物調製工程、電気化学素子用基材に対する塗布工程、及び、任意の乾燥工程を経て形成することができる。なお、導電性接着剤層用組成物の塗膜を乾燥することなく、後述の接着工程が実施されても良い。
―導電性接着剤層の厚み―
 導電性接着剤層は、厚みが1.5μm以上であることが好ましく、1.9μm以上であることがより好ましく、3.0μm以下であることが好ましく、2.2μm以下であることがより好ましい。導電性接着剤層の厚みを上記下限値以上とすることで、導電性接着剤層の接着力を高めることができる。また、導電性接着剤層の厚みを上記上限値以下とすることで、得られる電気化学素子の低温出力特性を向上させることができる。なお、導電性接着剤層の厚みは、機能層の厚み以上であることが好ましい。
―導電性接着剤層の表面積と電極合材層の表面積との相互関係―
 導電性接着剤層の表面積が、電極合材層の表面積よりも小さいことが必要である。両層を、かかる関係を満たすように形成することで、本発明のような、「電極合材層の一部転写を伴う製造方法(一部転写法)が可能となる。
 ここで、本明細書において、「表面積」とは、必ずしも、各層の表面における凹凸を考慮して算出することを要する表面積を意味しない。むしろ、本明細書でいうところの各層の「表面積」とは、導電性接着剤層の表面と電極合材層の表面とが接触する位置を平面である仮想の接触面として近似した場合に、かかる接触面上に、各層の最表面の外周線を投影し、得られた各投影外周線によって区画される領域の面積を意味する。
 そして、導電性接着剤層の表面積が電極合材層の表面積よりも小さければ、電極合材層の外周部を、導電性接着剤層と接着させずに、後述する剥離工程において、支持体側に残留させることで、得られる電気化学素子用部材に、強度が不十分である電極合材層の外周部が含まれることを回避することができる。従って、得られる電気化学素子用部材の端部強度を高めることができる。導電性接着剤層の表面積は、電極合材層の表面積の80%超99%未満であることが好ましい。
(接着工程)
 接着工程では、電気化学素子用基材と、電気化学素子用積層体とを、導電性接着剤層の表面と、電極合材層の表面とが相互に隣接するように配置し、電極合材層の一部と導電性接着剤層とを接着させてプレ部材を得る。接着にあたり、プレスを行うことにより、少なくとも導電性接着剤層に含まれる有機粒子Bを塑性変形させて、電極合材層と導電性接着剤層の密着性を高めることができる。また、プレスと同時に熱を加える熱プレスにより電極合材層と導電性接着剤層とを接着してもよい。
 熱プレス法としては、具体的には、バッチ式熱プレス、連続式熱ロールプレスなどが挙げられ、生産性が高められる連続式熱ロールプレスが好ましい。熱プレスの温度は、基材を損なわない程度であれば、特に制限されないが、通常50~200℃、好ましくは70~150℃である。熱プレスの温度がこの範囲であると、電極合材層と導電性接着剤層とを均一に貼り合わせることができ、得られる電気化学素子用部材の強度を高めることができる。
 熱プレスの線圧は、基材を損なわない程度であれば、特に制限されないが、通常1.0~500kN/mである。熱プレスの線圧がこの範囲であると、電極合材層と導電性接着剤層とを均一に張り合わせることができる。
 そして、かかる接着工程を経た電極合材層の密度が、接着工程の前段における電極合材層の密度と比較した場合に、密度変化が5%以上20%以下となる密度であることが好ましい。換言すると、電極合材層の転写前後の密度変化率が5%以上となるようにする、即ち、転写後の電極合材層の密度が転写前の電極合材層の密度よりも若干高くなるようにすることが好ましい。そのためには、例えば、複合粒子を用いて形成された電極合材層を備える電気化学素子用積層体を用いる場合には、電極合材層の形成時の加圧工程における圧力を過度に高めることなくして形成された電気化学素子用積層体を選択することが好ましい。また、転写前後における密度変化が20%以下となるようにする、即ち、転写後の電極合材層の密度が転写前の電極合材層の密度よりも過度に高まらないようにすることが好ましい。そのためには、例えば、複合粒子を用いて形成された電極合材層を備える電気化学素子用積層体を用いる場合には、電極合材層の形成時の加圧工程にて適度に高い圧力を印加することで形成された電気化学素子用積層体を選択することが好ましい。また、例えば、転写時(即ち、上記接着工程時)に適度な圧力を印加することも好ましい。転写前後における密度変化が20%以下となるようにすることで、転写時に電極合材層に生じる変化が過剰に大きくなることを抑制して、電極の崩壊が発生することを抑制することができる。これらの理由により、転写前後における電極合材層の密度変化が5%以上20%以下となるようにすることで、転写容易性を高めつつ、転写により電極合材層を積層体上に良好に配置することができる。なお、密度変化の値は、接着工程の前段における電極合材層の密度を100%とした場合に、接着工程の後段における電極合材層の密度の増加量の占める比率である。より具体的には、密度変化の値は、後述する実施例に記載の方法に従って算出することができる。
 なお、上述のように、密度変化の値は、例えば、準備工程にて電極合材層を形成する際の組成、電極合材層形成時に加圧操作を行った場合にはその際の加圧強度、及び接着工程にてプレス操作を行った場合にはその際のプレス強度等を変更することで、調節することができる。
(剥離工程)
 剥離工程では、プレ部材から、支持体及び導電性接着剤層と接着していない電極合材層の他の一部を剥離して、電気化学素子用部材を得る。具体的には、剥離する電極合材層の割合は、電極合材層の表面積全体を100面積%として、1面積%以上20面積%以下である。剥離工程は、特に限定されることなく、ワインダー等の既知の巻き取り装置により、支持体を巻き取ることで、プレ部材から剥離する。一部を剥離する具体的手段は、例えば、支持体を再利用し易くするために、ワインダーの前段にて、支持体上に残留した、導電性接着剤層と接着していない電極合材層の他の一部を除去するためのスクレーパーを備えていても良い。なお、剥離工程よりも前段にて、電極合材層表面の、導電性接着剤層の外周に対応する位置に、切り込み又は溝を形成する操作を実施することも可能である。かかる切り込み又は溝を形成することで、剥離工程における剥離を容易にするとともに、得られる電気化学素子用部材上の電極合材層の端部形状を一層良好にすることができる。
 そして、剥離工程を経て得られた電気化学素子用部材は、電気化学素子の電極として製品に組み込まれうる。
 以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「%」及び「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
 また、複数種類の単量体を共重合して製造される重合体において、ある単量体を重合して形成される構造単位の前記重合体における割合は、別に断らない限り、通常は、その重合体の重合に用いる全単量体に占める当該ある単量体の比率(仕込み比)と一致する。
 実施例及び比較例において、電気化学素子の一例としてリチウムイオン二次電池を製造した。特に、電気化学素子用部材の一例として、リチウムイオン二次電池の負極又は正極を、本発明の電気化学素子用積層体及び当該積層体を用いた本発明の製造方法に従って作製した。
 実施例及び比較例において、有機粒子A及びBのガラス転移温度及び体積平均粒子径、各層の厚み、電極合材層の密度変化、電気化学素子の高温サイクル特性及び低温出力特性、並びに、電気化学素子用部材の端部強度は、下記の方法で測定及び評価した。
<有機粒子A及びBのガラス転移温度>
 有機粒子Aについては、コア部及びシェル部の形成に用いた単量体及び各種添加剤等を使用し、当該シェル部の重合条件と同様の重合条件で、測定試料となる重合体(コア部の重合体及びシェル部の重合体)を含む水分散液を調製した。そして、調製した水分散液を測定試料とした。また、有機粒子Bを含む水分散液を準備し、測定試料とした。
 次に、示差熱分析測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製「EXSTAR DSC6220」)を用い、乾燥させた測定試料10mgをアルミパンに計量し、リファレンスとして空のアルミパンを用い、測定温度範囲-100℃~500℃の間で、昇温速度10℃/分、常温常湿下で、DSC曲線を測定した。この昇温過程で、微分信号(DDSC)が0.05mW/分/mg以上となるDSC曲線の吸熱ピークが出る直前のベースラインと、吸熱ピーク後に最初に現れる変曲点でのDSC曲線の接線との交点から、ガラス転移温度を求めた。
<体積平均粒子径測定>
 体積平均粒子径(体積分布)を、レーザー回折式粒度分布測定装置(LS 13 320 ベックマンコールター社製)を用いて測定した。測定結果より、体積平均粒子径D50を得て、体積平均粒子径D50(nm)として表1に結果に示した。
<各層の厚み>
 実施例、比較例で本発明に従う製造方法を経て得られた電極を90mm×90mmに打ち抜き、その後30mm×30mmに9分割して測定片を得た。各測定片について卓上顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、TM3030plus、倍率1000倍)により断面観察し、10サンプルを測定し、平均したものを各層の厚みとした。
<電極合材層の密度変化>
 各実施例、比較例における準備工程後、接着工程の前段の時点で、電極合材層の初期密度D1を測定し、剥離工程の後段の時点で、電極合材層の転写後密度D2を測定した。D1及びD2の測定にあたり、上記<各層の厚み>の測定時と同様のサイズのサンプルを各時点において採取し、質量を測定し、他の基材や支持体を含む他の構成部の質量を減じた値を、各電極合材層の厚みで除算して密度を算出した。そして、式:(D2-D1)/D1×100に従って、密度変化率(%)の値を算出した。
<高温サイクル特性>
 各実施例、比較例にて作製した電気化学素子としてのリチウムイオン二次電池を、温度45℃の雰囲気下で、0.5Cの定電流法によって4.3Vに充電し、3.0Vまで放電する充放電を、200サイクル繰り返した。そして、200サイクル終了時の電気容量と、5サイクル終了時の電気容量との比(=(200サイクル終了時の電気容量/5サイクル終了時の電気容量)×100(%))で表される充放電容量維持率を求めた。これらの測定を、リチウムイオン二次電池5セルについて行い、各セルの充放電容量維持率の平均値を、充放電容量保持率として、以下の基準で評価した。この値が大きいほど、高温サイクル特性に優れることを示す。
 A:充放電容量保持率が95%以上
 B:充放電容量保持率が90%以上95%未満
 C:充放電容量保持率が90%未満
<低温出力特性>
 各実施例、比較例にて作製した電気化学素子としてのリチウムイオン二次電池を、温度25℃の雰囲気下で、4.3Vまで定電流定電圧(CCCV)充電し、セルを準備した。準備したセルを、温度25℃の雰囲気下で、0.2C及び2Cの定電流法によって3.0Vまで放電し、各温度での電気容量を求めた。そして、電気容量の比(=(2Cでの電気容量/0.2Cでの電気容量)×100(%))で表される放電容量維持率を求めた。これらの測定を、リチウムイオン二次電池5セルについて行い、各セルの放電容量維持率の平均値を、低温出力特性として、以下の基準で評価した。この値が大きいほど、低温出力特性に優れることを示す。
 A:80%以上
 B:80%未満
<電極合材層の端部強度>
 負極巻取体から帯状の負極を巻き出し、一辺がかかる帯状の負極の長手方向に沿うエッジを含むように5.0cm×5.0cmの試験片を切り出した。機能層/負極合材層/導電性接着剤層/集電体からなる試験片について、振幅37.6μm、圧力40psi、時間0.3秒、周波数20kHzの条件で超音波溶接(ブランソン社製のアクチュエータ(Ultraweld L20E)を実施した。超音波溶接の前の質量をW0、超音波溶接後の質量をW1として変化率(W1/W0)×100(%)を評価した。変化率が小さいほど端部強度が高いことを意味している。なお、実施例6については、調製した正極巻取体を切り出して試料片を得て、同様の試験及び評価を実施した。また、比較例1については、比較例1に記載の方法で調製した、負極合材層/導電性接着剤層/集電体からなる試験片について、同様の試験及び評価を実施した。
 A:99%以上
 B:95%以上99%未満
 C:90%以上95%未満
 D:90%未満
(実施例1)
 まず、以下のような準備工程~剥離工程までを経て、電気化学素子用部材としての負極を作製した。すなわち、実施例1では、電極合材層の一部転写を伴う本発明の製造方法に従って、負極を得た後、かかる負極を備えるリチウムイオン二次電池を作製した。
<準備工程>
1.電気化学素子用積層体
[機能層用組成物の調製工程]
―有機粒子Aの調製―
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、コア部形成用として、(メタ)アクリル酸エステル単量体としての、アクリル酸ブチル30部、及びメタクリル酸メチル12部;芳香族ビニル単量体としてのスチレン24.5部;酸基含有単量体としてのメタクリル酸2.8部;架橋性単量体としてのエチレングリコールジメタクリレート0.7部;乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1部;イオン交換水150部、並びに、重合開始剤としての過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に攪拌した。その後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になるまで重合を継続させて、コア部を構成する粒子状の重合体を含む水分散液を得た。
 この水分散液に、シェル部形成用として、芳香族ビニル単量体としてのスチレン29.7部及び酸基含有単量体としてのメタクリル酸0.3部の混合物を連続添加し、70℃に加温して重合を継続した。重合転化率が96%になった時点で、冷却して反応を停止して、コア部の外表面が部分的にシェル部で覆われたコアシェル構造を有する有機粒子を含む水分散液を調製した。
 なお、得られた有機粒子のコア部を形成する重合体のガラス転移温度は、40℃、シェル部を形成する重合体のガラス転移温度は105℃であった。また、体積平均粒子径(D50)は500nmであった。
―機能層用結着材の調製―
 撹拌機を備えた反応器に、イオン交換水70部、乳化剤としてのラウリル硫酸ナトリウム(花王ケミカル社製、製品名「エマール2F」)0.15部、及び過流酸アンモニウム0.5部を、それぞれ供給し、気相部を窒素ガスで置換し、60℃に昇温した。
 一方、別の容器で、イオン交換水50部、分散剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.5部、及び、(メタ)アクリル酸エステル単量体としてのアクリル酸ブチル94部、アクリロニトリル2部、メタクリル酸2部、N-メチロールアクリルアミド1部、アクリルアミド1部を混合して単量体混合物を得た。この単量体混合物を4時間かけて前記反応器に連続的に添加して重合を行った。添加中は、60℃で反応を行った。添加終了後、さらに70℃で3時間撹拌して反応を終了し、粒子状の機能層用結着材(アクリル重合体)を含む水分散液を調製した。
 なお、得られた機能層用結着材のガラス転移温度は-40℃であった。なお、機能層用結着材のガラス転移温度は、有機粒子Bと同様にして測定した。
―混合―
 非導電性粒子としてのアルミナフィラー(日本軽金属社製、「LS256」)を20部、上述の有機粒子Aを含む水分散液を固形分相当で100部と、上述の機能層用結着材を含む水分散液を固形分相当で15部と、濡れ剤としてのエチレンオキサイド-プロピレンオキサイド共重合体(固形分濃度70質量%、重合比:5/5(質量比))を固形分相当で1.9部と、を混合し、さらに、イオン交換水を固形分濃度が15質量%になるように添加し、混合した。
[負極用複合粒子形成工程]
 負極合材層の形成にあたり、複合粒子を準備した。まず、負極活物質としてのグラファイト(平均粒径:15μm)96部と、有機粒子Bとしてのスチレン-ブタジエン共重合体(日本ゼオン社製、「BM-480B」、ガラス転移温度-25℃)2部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩(CMC-Na)2部とを、溶媒としての水120部とともにプラネタリーディスパーに投入して均一に混合することで、電極合材層用組成物を用意した。
 スプレー乾燥機(OC-16:大川原化工機社製)により、回転円盤方式のアトマイザ(直径65mm)の回転数25,000rpm、熱風乾燥150℃、粒子回収出口の温度が90℃の条件の下、上記電極合材層用組成物からの噴霧乾燥造粒を行い、平均粒径(体積平均粒子径D50)が75μmの負極用複合粒子を得た。
[積層体形成工程]
 次に、上述の機能層用組成物を、電気化学素子用積層体の支持体としてのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(厚み25μm、幅180mm)の片面全面にグラビアコーターにより塗工して機能層用組成物の塗膜を形成した。塗膜の厚み2μmであった。
 次いで、機能層用組成物の塗膜上に、負極用複合粒子を目付量が10mg/cmとなるように供給した。そして、ローラスキージを当てて均した後、負極用複合粒子をプレスすることで、密度が約1.27g/cmの負極合材層を形成した。このようにして、PETフィルムの片面に機能層及び負極合材層がこの順に配置されてなる電気化学素子用積層体を得た。
2.電気化学素子用基材
[導電性接着剤用組成物調製工程]
 炭素粒子としての黒鉛(ティムカル社製、「KS-6、体積平均粒径D50:3.7μm)80部及びカーボンブラック(ティムカル社製、「Super-P」、体積平均粒径D50:0.4μm)20部;分散剤としてのカルボキシメチルセルロースアンモニウム塩(エーテル化度:0.6、1%水溶液粘度:30mPa・s)4部;結着剤としてのアクリレート重合体を含む水分散液(固形分濃度40%)8部;及び溶媒としての水261部とを、プラネタリーミキサーを用いて混合分散し、固形分濃度30%のスラリー(導電性接着剤用組成物)を得た。
[導電性接着剤層を有する電気化学素子用基材の形成工程]
 上述した導電性接着剤用組成物を、基材としての電解銅箔(厚さ:15μm、幅:200mm)の片面に、10m/分の速度で塗工し、次いで乾燥炉で乾燥温度100℃、乾燥時間1分の条件で乾燥させて、厚さ2μm、塗工幅160mm の、導電性接着剤層付基材(表面に導電性接着剤層を有する電気化学素子用基材)を得た。
<接着工程>
 次に、ロールプレス機(ヒラノ技研工業社製、「押し切り粗面熱ロール」)を用いて、電気化学素子用積層体と導電性接着剤層付基材とを熱プレスして、電気化学素子用積層体の負極合材層の表面と、導電性接着剤層付基材の導電性接着剤層の表面とを密着させてプレ部材を得た。熱プレスにあたり、成形速度6m/分、ロール温度100℃、及びプレス線圧1.7kN/cmの条件でロール加圧した。ここで、導電性接着剤層の幅は160mmであり、上記工程で得た電気化学素子用積層体上における電極合材層の幅は180mmであり、長さ方向の所定の区間における導電性接着剤層の表面積は、電極合材層の表面積よりも小さかった。
<剥離工程>
 次いで、プレ部材から電気化学素子用積層体の支持体であるPETフィルムを剥離し、厚さ60μm、幅160mmの負極合材層を有する電気化学素子用部材の巻取体(負極巻取体)を得た。負極合材層の密度は約1.5g/cmであった。なお、剥離した支持体(PETフィルム)側には、幅方向両端部に約10mmずつの残留物が確認された。かかる残留物は、負極合材層の長手方向に沿う外周部を含んでいた。得られた負極巻取体から試験片を得て、上記方法に従って電極合材層の端部強度を評価した。結果を表1に示す。
 次に、上述のようにして得た負極巻取体を用いて、リチウムイオン二次電池を製造した。
<正極用スラリー組成物の製造>
 正極活物質としての層状構造を有するコバルト酸リチウム(LiCoO2、粒子径:12μm)96部と、導電材としてのアセチレンブラック(電気化学工業製、「HS-100」)2.0部と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF 株式会社クレハ社製「KFポリマー#7200」)のNMP溶液(固形分濃度:8.0%)を固形分相当量で2.0部と、適量のNMPとをプラネタリーミキサーにて撹拌し、正極用スラリー組成物を調製した。
<リチウムイオン二次電池用正極の製造>
 集電体として、厚さ20μmのアルミ箔を準備した。正極用スラリー組成物をコンマコーターでアルミ箔上に乾燥後の塗布量が20mg/cm2になるように塗布した。そして、アルミ箔を、0.5m/分の速度で、温度60℃のオーブン内を2分間、温度120℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、正極用スラリー組成物を乾燥させてアルミ箔上に皮膜を形成した。次に、皮膜を形成したアルミ箔のロールを、温度165℃で2時間真空乾燥した。その後、温度25℃まで1時間かけて徐冷(冷却速度:140℃/時間)し、正極原反を得た。正極原反のプレス前の密度は、2.42g/cm3であった。この正極原反をロールプレスで圧延し、密度が3.7g/cm3の正極合材層とアルミ箔とからなる正極を作製した。なお、正極合材層の厚みは70μmであった。
<リチウムイオン二次電池の製造>
 プレス後の正極を4.8cm×4.8cmに切り出した。切り出された正極の正極合材層上に、5.2cm×5.5cmに切り出したセパレータを配置した。さらに、上述のようにして作製した負極巻取体を5.0cm×5.0cmに切り出して負極を得て、得られた負極を前記セパレータの正極とは反対側に、負極合材層上に形成した機能層の表面がセパレータに向かい合うよう配置した。積層体を、電池の外装としてのアルミニウム包材外装で包み、電解液(溶媒:エチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)/ビニレンカーボネート(VC)=68.5/30/1.5(体積比)、電解質:濃度1MのLiPF6)を空気が残らないように注入した。さらに、アルミニウム包材外装の開口を密封するために、150℃のヒートシールをしてアルミニウム包材外装を閉口した。このようにして得られたリチウムイオン二次電池について、高温サイクル特性及び低温出力特性を上記の方法に従って評価した。結果を表1に示す。
(実施例2)
 電気化学素子用部材としての負極の作製にあたり、機能層に非導電性粒子としての無機粒子(アルミナ)を配合しなかった以外は、実施例1と同様の各種工程及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例3)
 電気化学素子用部材としての負極の作製にあたり、以下のようにして調製した有機粒子Aを配合した以外は、実施例1と同様の各種工程及び評価を行った。結果を表1に示す。
<有機粒子Aの調製>
 コア部形成用として、(メタ)アクリル酸エステル単量体としてのアクリル酸ブチル21.35部、芳香族ビニル単量体としてのスチレン45.5部;酸基含有単量体としてのメタクリル酸2.8部;架橋性単量体としてのエチレングリコールジメタクリレート0.35部とした以外は実施例1と同様にして有機粒子Aを調製した。得られた有機粒子Aのコア部のガラス転移温度は60℃、シェル部のガラス転移温度は105℃であった。また、体積平均粒子径(D50)は500nmであった。
(実施例4~5)
 電気化学素子用部材としての負極の作製にあたり、機能層の厚みを表1に示す通りに変更した以外は、実施例1と同様の各種工程及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例6)
 本発明に従う電気化学素子用部材として、正極を作製した。まず、以下のような準備工程~剥離工程までを経て、電気化学素子用部材としての正極を作製した。
<準備工程>
1.電気化学素子用積層体
[正極合材層用複合粒子形成工程]
 正極合材層の形成にあたり、複合粒子を準備した。まず、正極活物質としての層状構造を有するコバルト酸リチウム(LiCoO2、粒子径:12μm)96部、導電材としてのアセチレンブラック(電気化学工業製、「HS-100」)2部、有機粒子Bとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF、株式会社クレハ社製「KFポリマー#7200」)2部と、適量のNMPとを、プラネタリーディスパーに投入して均一に混合することで、電極合材層用組成物を用意した。
 スプレー乾燥機(OC-16:大川原化工機社製)を使用し、回転円盤方式のアトマイザ(直径65mm)の回転数25,000rpm、熱風乾燥150℃、粒子回収出口の温度が90℃の条件の下、上記電極合材層用組成物の噴霧乾燥造粒を行い、平均粒径が75μmの正極用複合粒子を得た。
[積層体形成工程]
 次に、実施例1と同様にして調製した機能層用組成物を、電気化学素子用積層体の支持体としてのPETフィルム(厚み25μm、幅180mm)の片面にグラビアコーターにより塗工して機能層用組成物の塗膜を形成した。塗膜の厚み2μmであった。
 次いで、上述の機能層用組成物の塗膜上に、正極用複合粒子を目付量が20mg/cmとなるように供給した。そして、ローラスキージを当てて均した後、正極用複合粒子をプレスすることで、密度が約3.15g/cmの正極合材層を形成した。このようにして、PETフィルムの片面上に、機能層及び正極合材層がこの順に配置されてなる電気化学素子用積層体を得た。
2.電気化学素子用基材
[導電性接着剤層を有する電気化学素子用基材の形成工程]
 基材としてアルミ箔(厚さ:20μm、幅:200mm)を用いた以外は実施例1と同様にして、導電性接着剤層付基材(表面に導電性接着剤層を有する電気化学素子用基材)を得た。
<接着工程~剥離工程>
 上述のようにして得られた電気化学素子用積層体と導電性接着剤層付基材とを用いて、実施例1と同様の接着工程及び剥離工程を行い、厚さ60μm、幅160mmの正極合材層を有する電気化学素子用部材の巻取体(正極巻取体)を得た。正極合材層の密度は約3.7g/cmであった。なお、剥離した支持体(PETフィルム)側には、幅方向両端部に約10mmずつの残留物が確認された。かかる残留物は、正極合材層の外周部を含んでいた。得られた正極巻取体から試験片を得て、上記方法に従って電極合材層の端部強度を評価した。結果を表1に示す。
 次に、上述のようにして得た正極巻取体を用いて、以下の手順に従ってリチウムイオン二次電池を製造した。
<負極用スラリー組成物の製造>
 負極活物質としてのグラファイト(平均粒径:15μm)96部と、有機粒子Bとしてのスチレン-ブタジエン共重合体(日本ゼオン社製、「BM-480B」、ガラス転移温度-25℃)2部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩(CMC-Na)2部とを、溶媒としての水120部をプラネタリーミキサーにて撹拌し、負極用スラリー組成物を調製した。
<リチウムイオン二次電池用負極の製造>
 集電体として、電解銅箔(厚さ:15μm、幅:200mm)を準備した。負極用スラリー組成物をコンマコーターで電解銅箔上に乾燥後の塗布量が20mg/cm2になるように塗布した。そして、電解銅箔を、0.5m/分の速度で、温度60℃のオーブン内を2分間、温度120℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、負極用スラリー組成物を乾燥させて電解銅箔上に皮膜を形成した。次に、皮膜を形成した電解銅箔のロールを、温度165℃で2時間真空乾燥した。その後、温度25℃まで1時間かけて徐冷(冷却速度:140℃/時間)し、負極原反を得た。負極原反のプレス前の密度は、1.0g/cm3であった。この負極原反をロールプレスで圧延し、密度が1.5g/cm3の負極合材層と電解銅箔とからなる負極を作製した。なお、負極合材層の厚みは70μmであった。
<リチウムイオン二次電池の製造>
 プレス後の負極を5.0cm×5.0cmに切り出した。切り出された負極の負極合材層上に、5.2cm×5.5cmに切り出したセパレータを配置した。さらに、上述のようにして作製した正極巻取体を4.8cm×4.8cmに切り出して正極を得て、得られた正極を前記セパレータの負極とは反対側に、正極合材層上に形成した機能層の表面がセパレータに向かい合うよう配置した。積層体を、電池の外装としてのアルミニウム包材外装で包み、電解液(溶媒:エチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)/ビニレンカーボネート(VC)=68.5/30/1.5(体積比)、電解質:濃度1MのLiPF6)を空気が残らないように注入した。さらに、アルミニウム包材外装の開口を密封するために、150℃のヒートシールをしてアルミニウム包材外装を閉口した。このようにして得られたリチウムイオン二次電池について、高温サイクル特性及び低温出力特性を上記の方法に従って評価した。結果を表1に示す。
(比較例1)
 電気化学素子用部材としての負極を作製するにあたり、電気化学素子用積層体を作製することなく、以下のようにして複合粒子から直接電極合材層を成形した。そして、得られた負極を用いて、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。また、得られた負極を用いて、上記方法に従って電極合材層の端部強度を評価し、得られたリチウムイオン二次電池について、上記方法に従って高温サイクル特性及び低温出力特性を評価した。結果を表1に示す。
<負極の作製>
 実施例1と同様にして形成した導電性接着剤層を有する電気化学素子用基材の上に、実施例1と同様にして調製した負極用複合粒子を目付量が10mg/cmとなるように供給した。そして、ローラスキージを当てて均した後、負極用複合粒子をプレスすることで、密度が1.5g/cmの負極合材層を形成した。得られた負極は、基材としての電解銅箔上に、導電性接着剤層及び負極合材層がこの順に積層されてなる、負極であった。
 なお、以下に示す表1中、
「PET」は、ポリエチレンテレフタレートを示し、
「Tg」は、ガラス転移温度を示し、
「SBR」は、スチレン-ブタジエン共重合体を示し、
「LCO]は、コバルト酸リチウムを示し、
「PVdF」は、ポリフッ化ビニリデンを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1より、電極合材層の一部転写を伴う製造方法に従って得られた実施例1~6に係る電気化学素子用部材は、端部強度に富み、かかる電気化学素子用部材を備える電気化学素子である実施例1~6に係るリチウムイオン二次電池は、優れた高温サイクル特性を発揮し得たことが分かる。
 一方、電極合材層の一部転写を行うことなく、複合粒子を用いて形成した比較例1に係る電極合材層は、端部強度に劣り、かかる電極合材層を備える比較例1に係るリチウムイオン二次電池は高温サイクル特性に劣っていたことが分かる。
 本発明によれば、端部における強度が高い電気化学素子用部材を提供可能な、電気化学素子用部材の製造方法を提供することができる。
 また、本発明によれば、上記電気化学素子用部材の製造方法に適した電気化学素子用積層体を提供することができる。

Claims (8)

  1.  電極合材層と支持体とを備える電気化学素子用積層体を用いた電気化学素子用部材の製造方法であって、
     表面に導電性接着剤層を有する電気化学素子用基材と、前記電気化学素子用積層体とを、前記導電性接着剤層の表面と、前記電極合材層の表面とが相互に隣接するように配置し、前記電極合材層の一部と前記導電性接着剤層とを接着させてプレ部材を得る接着工程と、
     前記プレ部材から、前記支持体及び前記導電性接着剤層と接着していない前記電極合材層の他の一部を剥離する剥離工程と、
    を含み、
     前記導電性接着剤層の表面積が、前記電極合材層の表面積よりも小さく、前記電極合材層の外周部の少なくとも一部が、前記導電性接着剤層と接着していない前記電極合材層の他の一部である、電気化学素子用部材の製造方法。
  2.  支持体表面上に、
     機能層と、
     電極合材層と、
    をこの順に備える、電気化学素子用積層体。
  3.  前記機能層の厚みが1.5μm以上3μm以下である、請求項2に記載の電気化学素子用積層体。
  4.  前記機能層が非導電性粒子を含む、請求項2又は3に記載の電気化学素子用積層体。
  5.  前記機能層が有機粒子Aを含み、
     前記有機粒子Aのガラス転移温度が20℃以上である、請求項2~4の何れかに記載の電気化学素子用積層体。
  6.  前記電極合材層が有機粒子Bを含み、
     前記有機粒子Bのガラス転移温度が30℃以下である、請求項2~5の何れかに記載の電気化学素子用積層体。
  7.  前記電気化学素子用積層体が、請求項2~6の何れかに記載の電気化学素子用積層体である、請求項1に記載の電気化学素子用部材の製造方法。
  8.  前記接着工程の前と、前記接着工程の後とで比較した場合の、前記電極合材層の密度変化率が、5%以上20%以下である、請求項1又は7に記載の電気化学素子用部材の製造方法。
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