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JP2009230976A - Nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method for the same - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method for the same Download PDF

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JP2009230976A
JP2009230976A JP2008073445A JP2008073445A JP2009230976A JP 2009230976 A JP2009230976 A JP 2009230976A JP 2008073445 A JP2008073445 A JP 2008073445A JP 2008073445 A JP2008073445 A JP 2008073445A JP 2009230976 A JP2009230976 A JP 2009230976A
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JP
Japan
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secondary battery
electrode
solvent
positive electrode
mixture layer
Prior art date
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Application number
JP2008073445A
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Japanese (ja)
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Nobuhiro Hokotani
伸宏 鉾谷
Naoki Imachi
直希 井町
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery which ensures efficient production, has high adhesion strength in an electrode, and improves battery performance in the nonaqueous secondary battery using the electrode with a mixed layer formed on a collector using a solvent slurry, and to provide the manufacturing method for the nonaqueous secondary battery. <P>SOLUTION: The nonaqueous secondary battery is provided with a positive electrode, a negative electrode and a nonaqueous electrolyte; and in this case, at least either of the positive electrode and the negative electrode is the electrode obtained by forming a pre-coat layer 6 composed of a solvent type binding agent on the collector 1 and drying the mixed layer 2 formed on the pre-coat layer 6, by applying the solvent type slurry containing an active substance, a solvent type binding agent and a conductor and then drying the layer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウム二次電池などの非水電解質二次電池及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium secondary battery and a method for producing the same.

小型・軽量という特徴から、リチウムイオン二次電池は、携帯機器の駆動電源として広く普及している。近年では、電動工具やアシスト自転車、さらにはHEV等の用途への展開も期待されており、リチウムイオン二次電池の需要は高まる一方である。しかしながら、数量の伸び以上に価格低下は年々厳しさを増しており、コストダウンや市場の需要に応えるため生産体制を構築することが電池メーカーの責務となっている。   Due to their small size and light weight, lithium ion secondary batteries are widely used as driving power sources for portable devices. In recent years, expansion to applications such as electric tools, assist bicycles, and HEVs is also expected, and the demand for lithium ion secondary batteries is increasing. However, price declines are becoming more severe year by year than volume increases, and it is the responsibility of battery manufacturers to build production systems to meet cost reductions and market demands.

電池の作製工程は、電極作製工程、電極巻取り工程、注液工程、検査工程に分類される。電極作製工程においては、集電体へのスラリーの塗工及び乾燥をどのように速めるかが重要である。乾燥を速めるためには、乾燥温度を高くすることが好ましい。しかしながら、電極を作製するためのスラリーには、複数の成分が混合して含まれており、電極の品質を高めるためには、電極の厚さ方向に均質な組成の電極を作製することが必要である。電極の組成が均質でなくなると、(1)電気抵抗のばらつき、(2)電極接着密度のばらつきなどを生じるおそれがある。乾燥温度を高くすると、電極の厚さ方向の組成が不均一になるというおそれがある。   The battery production process is classified into an electrode production process, an electrode winding process, a liquid injection process, and an inspection process. In the electrode manufacturing process, it is important how to accelerate the application and drying of the slurry to the current collector. In order to speed up drying, it is preferable to increase the drying temperature. However, the slurry for producing the electrode contains a mixture of a plurality of components. In order to improve the quality of the electrode, it is necessary to produce an electrode having a uniform composition in the thickness direction of the electrode. It is. If the composition of the electrodes is not uniform, there is a risk of (1) variations in electrical resistance and (2) variations in electrode adhesion density. When the drying temperature is increased, the composition in the thickness direction of the electrode may be nonuniform.

溶剤系結着剤を含有する有機溶剤系スラリーを用いて電極を作製する場合、乾燥温度を高くすると、合剤層の集電体に対する密着強度が大きく低下するという課題があるということを本発明者らは見出した。合剤層と集電体との密着性を改善する方法として、特許文献1においては、集電体表面に負極合剤層と同一成分の薄膜を予め塗布して形成し、密着性を改善することが提案されている。また、特許文献2及び特許文献3においては、負極活物質層と集電体の間に、電子伝導性を有する高分子化合物層を形成することが提案されている。   In the case where an electrode is produced using an organic solvent-based slurry containing a solvent-based binder, the present invention has a problem that when the drying temperature is increased, the adhesion strength of the mixture layer to the current collector is greatly reduced. They found out. As a method for improving the adhesion between the mixture layer and the current collector, in Patent Document 1, a thin film of the same component as that of the negative electrode mixture layer is formed in advance on the current collector surface to improve the adhesion. It has been proposed. In Patent Document 2 and Patent Document 3, it is proposed to form a polymer compound layer having electron conductivity between the negative electrode active material layer and the current collector.

しかしながら、これらの従来の技術を用いても、集電体との密着強度の改善が十分になされなかった。   However, even if these conventional techniques are used, the adhesion strength with the current collector has not been sufficiently improved.

また、近年、活物質の粒径が細かく、導電性に乏しいオリビン型燐酸鉄リチウムLiFePOが安全性に優れていることから注目されている。しかしながら、このように粒径の細かい活物質を用いると、集電体との密着性がさらに低下するという問題を生じた。
特開平11−86850号公報 特開平5−135759号公報 特開平3−165458号公報
In recent years, olivine-type lithium iron phosphate LiFePO 4 having a small active material particle size and poor conductivity has attracted attention because of its excellent safety. However, when an active material with such a small particle size is used, there arises a problem that the adhesion to the current collector is further lowered.
JP-A-11-86850 Japanese Patent Laid-Open No. 5-135759 JP-A-3-165458

本発明の目的は、溶剤系スラリーを用いて集電体上に合剤層を形成した電極を用いた非水電解質二次電池において、効率良く生産することができ、電極内での密着強度が高く、電池性能を高めることができる非水電解質二次電池及びその製造方法を提供することにある。   The object of the present invention is to efficiently produce a nonaqueous electrolyte secondary battery using an electrode in which a mixture layer is formed on a current collector using a solvent-based slurry, and the adhesion strength within the electrode is high. An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that is high and can improve battery performance and a method for manufacturing the same.

本発明は、正極と、負極と、非水電解質とを有する非水電解質二次電池であって、正極及び負極のうちの少なくとも一方の電極が、集電体上に溶剤系結着剤からなるプレコート層を形成し、該プレコート層の上に、活物質、溶剤系結着剤及び導電剤を含む溶剤系スラリーを塗布して合剤層を形成した後、乾燥して得られる電極であることを特徴としている。   The present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode comprises a solvent-based binder on a current collector. An electrode obtained by forming a precoat layer, applying a solvent-based slurry containing an active material, a solvent-based binder, and a conductive agent on the precoat layer to form a mixture layer, and then drying the mixture layer. It is characterized by.

本発明者らは、溶剤系結着剤を含有する有機溶剤系スラリーを用いて集電体上に合剤層を形成した電極において、乾燥温度を高くした場合に密着強度が低下する原因について検討した結果、合剤層中に含有されている溶剤系結着剤が、乾燥の際、合剤層内に生じた熱的対流により移動し、合剤層の表面に偏在するためであることを見出した。   The inventors of the present invention have examined the cause of the decrease in adhesion strength when the drying temperature is increased in an electrode in which a mixture layer is formed on a current collector using an organic solvent-based slurry containing a solvent-based binder. As a result, the solvent-based binder contained in the mixture layer moves due to thermal convection generated in the mixture layer during drying and is unevenly distributed on the surface of the mixture layer. I found it.

また、このような溶剤系結着剤の合剤層中における移動は、合剤層中に平均粒子径1μm以下の微粒子が含有されている場合において顕著になることになることも見出した。このような平均粒子径1μm以下の微粒子としては、上述のLiFePOなどの正極活物質や、合剤層中に含有させる導電剤などが挙げられる。 It has also been found that such movement of the solvent-based binder in the mixture layer becomes significant when fine particles having an average particle diameter of 1 μm or less are contained in the mixture layer. Examples of such fine particles having an average particle diameter of 1 μm or less include positive electrode active materials such as the above-described LiFePO 4 , conductive agents contained in the mixture layer, and the like.

図2は、合剤層内における対流による溶剤系結着剤の移動を説明するための断面図である。図2(a)に示すように、集電体1の上に、合剤層2が設けられており、合剤層2中の溶剤系結着剤3は、熱風4を当てて乾燥する際、合剤層2内に生じた対流5により上方へ移動する。この結果、図2(b)に示すように、合剤層2の表面近傍に溶剤系結着剤3が偏在し、集電体1と合剤層2の界面における結着剤の量が減少するため、集電体1に対する合剤層2の密着強度が低下する。   FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the movement of the solvent-based binder by convection in the mixture layer. As shown in FIG. 2A, the mixture layer 2 is provided on the current collector 1, and the solvent-based binder 3 in the mixture layer 2 is dried by applying hot air 4. The convection 5 generated in the mixture layer 2 moves upward. As a result, as shown in FIG. 2B, the solvent-based binder 3 is unevenly distributed in the vicinity of the surface of the mixture layer 2, and the amount of the binder at the interface between the current collector 1 and the mixture layer 2 is reduced. Therefore, the adhesion strength of the mixture layer 2 to the current collector 1 is reduced.

また、合剤層2中に、平均粒子径1μm以下の微粒子が含まれている場合、微粒子の粒度分布において粒子径が相対的に小さい粒子が、対流5によって上方に移動し、合剤層2の表面付近に偏在するようになる。粒子径が小さい微粒子は、表面積が大きいため溶剤系結着剤をより多く伴って移動するため、微粒子の対流5による移動とともに、溶剤系結着剤も移動し合剤層2の表面近傍に偏在する。この結果、集電体1と合剤層2の界面における結着剤の量が減少するため、合剤層中に平均粒子径1μm以下の微粒子が含まれる場合、集電体1に対する合剤層2の密着強度がさらに低下する。   When the mixture layer 2 contains fine particles having an average particle size of 1 μm or less, particles having a relatively small particle size in the particle size distribution of the fine particles move upward by the convection 5, and the mixture layer 2 It becomes unevenly distributed in the vicinity of the surface. Fine particles having a small particle diameter have a large surface area and move with more solvent-based binder, so that the solvent-based binder also moves along with the movement of the fine particles by convection 5 and is unevenly distributed near the surface of the mixture layer 2. To do. As a result, since the amount of the binder at the interface between the current collector 1 and the mixture layer 2 is reduced, the mixture layer for the current collector 1 when the mixture layer contains fine particles having an average particle diameter of 1 μm or less. 2 adhesion strength further decreases.

平均粒子径1μm以下の微粒子が合剤層の固形分中に2.5重量%以上含まれることにより密着強度の低下が著しくなる。平均粒子径1μm以下の微粒子の合剤層の固形分中の濃度の上限は特に限定されるものではないが、例えば、95重量%以下である。   When fine particles having an average particle diameter of 1 μm or less are contained in the solid content of the mixture layer by 2.5% by weight or more, the adhesion strength is remarkably lowered. The upper limit of the concentration in the solid content of the mixture layer of fine particles having an average particle diameter of 1 μm or less is not particularly limited, but is, for example, 95% by weight or less.

本発明によれば、図1に示すように、集電体1上に溶剤系結着剤からなるプレコート層6を形成し、該プレコート層6の上に、活物質、溶剤系結着剤及び導電剤を含む溶剤系スラリーを塗布して合剤層2を形成した後、これらを乾燥して電極を作製する。   According to the present invention, as shown in FIG. 1, a precoat layer 6 made of a solvent-based binder is formed on a current collector 1, and an active material, a solvent-based binder and a precoat layer 6 are formed on the precoat layer 6. After forming the mixture layer 2 by applying a solvent-based slurry containing a conductive agent, these are dried to produce an electrode.

本発明によれば、集電体と合剤層の間に溶剤系結着剤からなるプレコート層が形成されているので、合剤層を乾燥させる際に、合剤層中の溶剤系結着剤が合剤層の表面近傍に移動しても、集電体と合剤層の界面における溶剤系結着剤の濃度を高く保持することができる。このため、密着強度を高めることができる。また、乾燥温度を高めることができるので、電極の作製を効率良く行うことができる。   According to the present invention, since the precoat layer made of the solvent-based binder is formed between the current collector and the mixture layer, the solvent-based binder in the mixture layer is dried when the mixture layer is dried. Even if the agent moves to the vicinity of the surface of the mixture layer, the concentration of the solvent-based binder at the interface between the current collector and the mixture layer can be kept high. For this reason, adhesion strength can be raised. In addition, since the drying temperature can be increased, the electrode can be manufactured efficiently.

また、電極における密着強度を高めることができるので、電池性能を向上させることができ、高い信頼性を得ることができる。活物質材料は、充放電時に伴う膨張収縮の変化が大きく、電極に応力がかかり易い。このような充放電を繰り返すことにより、電極から活物質が剥離したりする場合があるが、本発明によれば、密着強度を高めることができるので、このような活物質の剥離等を抑制することができる。このため、電池性能を向上させることができ、長期における信頼性を高めることができる。   In addition, since the adhesion strength of the electrode can be increased, battery performance can be improved and high reliability can be obtained. The active material has a large change in expansion and contraction during charge / discharge, and stress is easily applied to the electrode. By repeating such charge and discharge, the active material may be peeled off from the electrode. However, according to the present invention, the adhesion strength can be increased, and thus such peeling of the active material is suppressed. be able to. For this reason, battery performance can be improved and the reliability in the long term can be improved.

本発明において、プレコート層の溶剤系結着剤は、必ずしも合剤層の溶剤系結着剤と同一成分である必要はないが、合剤層の溶剤系結着剤と同一成分であるものをプレコート層の形成に用いることにより、電極内の組成をより均一にすることができ、より密着強度を高めることができる。   In the present invention, the solvent-based binder of the precoat layer is not necessarily the same component as the solvent-based binder of the mixture layer, but is the same component as the solvent-based binder of the mixture layer. By using it for the formation of the precoat layer, the composition in the electrode can be made more uniform, and the adhesion strength can be further increased.

本発明において用いる溶剤系結着剤は、特に限定されるものではなく、例えば、従来より非水電解質二次電池の電極の結着剤として用いられているものを用いることができる。具体例としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリアクリロニトリル(PAN)などやその変性体及び誘導体、並びにアクリロニトリル単位を含む共重合体、ポリアクリル酸誘導体などが挙げられる。   The solvent-based binder used in the present invention is not particularly limited, and for example, those conventionally used as binders for electrodes of nonaqueous electrolyte secondary batteries can be used. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethyl methacrylate (PMMA), polyacrylonitrile (PAN) and the like, modified products and derivatives thereof, copolymers containing acrylonitrile units, polyacrylic acid derivatives, and the like. .

本発明において、プレコート層の厚みは、1μm以下であることが好ましい。プレコート層の厚みが1μmを超えると、その上に合剤層を形成した後乾燥して得られる電極において、合剤層中の活物質と集電体との接触が不十分となり、良好な集電性が得られない場合がある。プレコート層の厚みの下限値は、特に限定されるものではないが、一般には0.05μm以上とすることが好ましい。プレコート層の厚みが薄くなりすぎると、密着強度が高められるという本発明の効果が十分に得られない場合がある。従って、プレコート層の厚みは、0.05〜1μmの範囲であることが好ましくは、さらに好ましくは、0.05〜0.5μmの範囲である。   In the present invention, the thickness of the precoat layer is preferably 1 μm or less. When the thickness of the precoat layer exceeds 1 μm, contact between the active material in the mixture layer and the current collector becomes insufficient in the electrode obtained by drying after forming the mixture layer thereon. Electricity may not be obtained. Although the lower limit of the thickness of a precoat layer is not specifically limited, Generally it is preferable to set it as 0.05 micrometer or more. If the thickness of the precoat layer becomes too thin, the effect of the present invention that the adhesion strength is increased may not be sufficiently obtained. Accordingly, the thickness of the precoat layer is preferably in the range of 0.05 to 1 μm, and more preferably in the range of 0.05 to 0.5 μm.

本発明において、プレコート層を塗布する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、グラビアコート法が挙げられる。グラビアコート法を用いて塗布することにより、厚みが薄くても均一なプレコート層を形成することができる。   In the present invention, the method for applying the precoat layer is not particularly limited, and examples thereof include a gravure coating method. By applying using a gravure coating method, a uniform precoat layer can be formed even if the thickness is small.

本発明に従い、プレコート層を形成する電極は、正極及び負極のいずれであってもよい。上述のように、LiFePOなどの平均粒子径が1μm以下の微粒子を正極活物質として用いる場合には、このような正極を作製する場合に、本発明を適用することにより、本発明の効果をより発揮させることができる。 According to the present invention, the electrode forming the precoat layer may be either a positive electrode or a negative electrode. As described above, when fine particles having an average particle diameter of 1 μm or less, such as LiFePO 4, are used as the positive electrode active material, the effect of the present invention can be obtained by applying the present invention when producing such a positive electrode. It can be made to show more.

負極活物質としては、特に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池において負極活物質として用いることができるものであればいずれのものでもよい。例えば、グラファイト(黒鉛)、コークス、酸化スズ、金属リチウム、珪素、及びこれらの混合物などが挙げられる。   The negative electrode active material is not particularly limited, and any negative electrode active material can be used as long as it can be used as a negative electrode active material in a lithium ion secondary battery. Examples thereof include graphite (graphite), coke, tin oxide, metallic lithium, silicon, and a mixture thereof.

また、正極活物質についても、リチウムイオン二次電池に用いることができる正極活物質であれば特に限定されるものではなく、コバルト酸リチウムなどのリチウム含有遷移金属酸化物を挙げることができる。コバルト酸リチウム以外の具体例としては、Ni−Co−Mn系のリチウム複合酸化物、Ni−Mn−Al系のリチウム複合酸化物、Ni−Co−Al系のリチウム複合酸化物などのニッケルを含むリチウム複合酸化物や、スピネル型マンガン酸リチウム、オリビン型燐酸鉄リチウムなどが挙げられる。   Also, the positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a positive electrode active material that can be used for a lithium ion secondary battery, and examples thereof include lithium-containing transition metal oxides such as lithium cobaltate. Specific examples other than lithium cobalt oxide include nickel such as Ni—Co—Mn based lithium composite oxide, Ni—Mn—Al based lithium composite oxide, and Ni—Co—Al based lithium composite oxide. Examples include lithium composite oxide, spinel type lithium manganate, olivine type lithium iron phosphate, and the like.

上述のように、平均粒子径が1μm以下であるオリビン型燐酸鉄リチウム(LiFePO)を用いる場合に、本発明の効果がより発揮される。 As described above, when the olivine-type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) having an average particle diameter of 1 μm or less is used, the effect of the present invention is more exhibited.

本発明において、プレコート層を形成するための溶液は、溶剤系結着剤と有機溶剤から調製することができる。有機溶剤としては、溶剤系結着剤を溶解させることができるものであれば特に限定されるものではない。例えば、合剤層を形成するためのスラリーに用いる有機溶剤を用いることができる。プレコート層を形成するための溶液における溶剤系結着剤の濃度は適宜調製されるものであるが、一般には、0.2〜15重量%となるように調製することができる。   In the present invention, the solution for forming the precoat layer can be prepared from a solvent-based binder and an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the solvent-based binder. For example, the organic solvent used for the slurry for forming the mixture layer can be used. The concentration of the solvent-based binder in the solution for forming the precoat layer is appropriately adjusted, but can generally be adjusted to 0.2 to 15% by weight.

本発明における非水電解質は、特に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池に用いることができる非水電解質を用いることができる。   The nonaqueous electrolyte in this invention is not specifically limited, The nonaqueous electrolyte which can be used for a lithium ion secondary battery can be used.

非水電解質の溶質としては、例えば、LiBF、LiPF、LiN(SOCF、LiN(SO、LiPF6−x(C2n+1(但し、1<x<6、n=1または2)などが挙げられる。これらは1種単独で、または2種以上を混合して用いることができる。 Examples of the solute of the nonaqueous electrolyte include LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiPF 6-x (C n F 2n + 1 ) x (where, 1 <x <6, n = 1 or 2). These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

また、非水電解質二次電池の溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)などを用いることができる。好ましくは、環状カーボネートと、鎖状カーボネートとを組合せて用いられる。   Moreover, as a solvent of a nonaqueous electrolyte secondary battery, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (GBL), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC) Etc. can be used. Preferably, a cyclic carbonate and a chain carbonate are used in combination.

非水電解質中における溶質の濃度としては、特に限定されるものではないが、0.8〜1.8モル/リットルの濃度が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a density | concentration of the solute in a nonaqueous electrolyte, The density | concentration of 0.8-1.8 mol / liter is mentioned.

本発明の製造方法は、上記本発明の非水電解質二次電池を製造することができる方法であり、集電体の上にプレコート層を形成する工程と、プレコート層の上に、活物質、溶剤系結着剤及び導電剤を含む溶剤系スラリーを塗布して合剤層を形成した後、乾燥させる工程とを備えることを特徴としている。   The production method of the present invention is a method capable of producing the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, wherein a step of forming a precoat layer on the current collector, an active material on the precoat layer, And applying a solvent-based slurry containing a solvent-based binder and a conductive agent to form a mixture layer, followed by drying.

本発明の非水電解質二次電池の製造方法は、上記の電極を製造方法を含むものである。従って、上記の製造方法により得られた電極は、電極内の密着強度が高く、電池性能を高めることができる。また、溶剤系スラリーを塗布した後、高い乾燥温度で乾燥することができるので、効率良く電極を生産することができる。   The method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a method for producing the above electrode. Therefore, the electrode obtained by the above manufacturing method has high adhesion strength in the electrode, and can improve battery performance. Moreover, since it can dry at a high drying temperature after apply | coating a solvent-type slurry, an electrode can be produced efficiently.

溶剤系スラリーを塗布した後、乾燥する際の乾燥温度は、特に限定されるものではないが、60〜150℃の範囲の温度が挙げられる。   Although the drying temperature at the time of drying after apply | coating a solvent type slurry is not specifically limited, The temperature of the range of 60-150 degreeC is mentioned.

上記のようにしてプレコート層の上に合剤層を形成した後、通常の電極作製工程と同様に、電極を圧延することが好ましい。このような圧延工程により、合剤層中の活物質を集電体に効率良く接触させ、集電性を高めることができる。   After forming the mixture layer on the precoat layer as described above, it is preferable to roll the electrode in the same manner as in a normal electrode manufacturing step. By such a rolling process, the active material in the mixture layer can be efficiently brought into contact with the current collector, and the current collecting property can be improved.

本発明によれば、溶剤系スラリーを用いて集電体上に合剤層を形成した電極を用いた非水電解質二次電池において、効率良く生産することができ、電極内の密着強度が高く、電池性能を高めることができる。   According to the present invention, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using an electrode in which a mixture layer is formed on a current collector using a solvent-based slurry, it can be efficiently produced, and the adhesion strength in the electrode is high. , Battery performance can be improved.

以下、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail. However, the present invention is not limited to the following examples, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the present invention.

(実施例1)
[正極の作製]
ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を、N−メチルピロリドン(NMP)中に8重量%となるように溶解させたPVDF溶液を、アルミニウム箔の両面上に150メッシュのグラビアロールを用いて、1.0m/分の速度で塗布し、第1乾燥室(70℃)と第2乾燥室(105℃)に通して乾燥し、プレコート層を形成した。プレコート層の両面における塗布量は0.5mg/10cmであり、片面におけるプレコート層の厚みは0.3μmであった。本発明におけるプレコート層の厚みは、例えば、プレコート層の上に金をコーティングし、クロスセクションポリッシャ法で断面加工処理を行い、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することによっても測定することができる。
Example 1
[Production of positive electrode]
A PVDF solution prepared by dissolving polyvinylidene fluoride (PVDF) in N-methylpyrrolidone (NMP) to 8 wt% was prepared by using a 150 mesh gravure roll on both sides of an aluminum foil, and 1.0 m / The coating was applied at a rate of minutes, passed through a first drying chamber (70 ° C.) and a second drying chamber (105 ° C.), and dried to form a precoat layer. The coating amount on both sides of the precoat layer was 0.5 mg / 10 cm 2 , and the thickness of the precoat layer on one side was 0.3 μm. The thickness of the precoat layer in the present invention can also be measured, for example, by coating gold on the precoat layer, performing cross-section processing by a cross section polisher method, and observing with a scanning electron microscope (SEM). .

次に、正極活物質としてのコバルト酸リチウムと、導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのPVDFを、95:2.5:2.5の質量比で、NMPを希釈溶媒として混合し、合剤層形成用スラリーを作製した。   Next, lithium cobaltate as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive agent, and PVDF as a binder were mixed at a mass ratio of 95: 2.5: 2.5 using NMP as a diluent solvent. A slurry for forming a mixture layer was prepared.

次に、プレコート層を両面に形成したアルミニウム箔の両面上に、上記の溶剤系スラリーを塗布し、合剤層を形成した。形成した合剤層は、120℃の温度で乾燥させた。その後、充填密度が3.60g/mlとなるように圧延した。得られた電極を、本発明正極T1とした。   Next, the solvent-based slurry was applied on both surfaces of an aluminum foil having a precoat layer formed on both surfaces, thereby forming a mixture layer. The formed mixture layer was dried at a temperature of 120 ° C. Then, it rolled so that a packing density might be 3.60 g / ml. The obtained electrode was designated as a positive electrode T1 of the present invention.

(実施例2)
正極活物質として、オリビン型燐酸鉄リチウム(平均粒子径4μm、炭素2重量%表面コート品)を用い、正極活物質、導電剤としてのアセチレンブラック、及び結着剤としてのPVDFを85:10:5の質量比でNMPを希釈溶媒として混合し、溶剤系スラリーを作製した。このスラリーを用いて合剤層を形成し、充填密度を1.9g/mlとする以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。作製した正極を、本発明正極T2とした。
(Example 2)
As the positive electrode active material, olivine-type lithium iron phosphate (average particle size 4 μm, carbon 2 wt% surface coated product) was used. The positive electrode active material, acetylene black as a conductive agent, and PVDF as a binder were 85:10: NMP was mixed as a diluent solvent at a mass ratio of 5 to prepare a solvent-based slurry. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that a mixture layer was formed using this slurry and the packing density was 1.9 g / ml. The produced positive electrode was designated as a positive electrode T2 of the present invention.

(比較例1)
プレコート層を形成せずに、スラリーを直接アルミニウム箔の上に塗布して合剤層を形成する以外は実施例1と同様に正極を作製した。作製した正極を比較正極R1とした。
(Comparative Example 1)
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the slurry was applied directly on the aluminum foil to form a mixture layer without forming a precoat layer. The produced positive electrode was used as a comparative positive electrode R1.

(比較例2)
プレコート層を形成せずに、スラリーを直接アルミニウム箔の上に塗布して合剤層を形成する以外は実施例2と同様に正極を作製した。作製した正極を比較正極R2とした。
(Comparative Example 2)
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 2 except that the slurry was applied directly on the aluminum foil to form a mixture layer without forming a precoat layer. The produced positive electrode was used as a comparative positive electrode R2.

[正極の密着強度の評価]
上記のようにして作製した各正極について、密着強度を測定した。120mm×30mmのアクリル板の上に、100mm×25mmのサイズの正極を、70mm×20mmの両面テープ(ニチバン株式会社製、ナイスタックNW−20)を用いて貼り付け、貼り付けた電極の端を、小型卓上試験機(日本電産シンポ株式会社製、FGS−TV及びFGP−5)で、電極の接着面と90度となる方向で上方へ一定速度(100mm/分)となるように50mm引っ張り、剥離時の平均剥離強度を測定した。測定結果を表1に示す。
[Evaluation of adhesion strength of positive electrode]
The adhesion strength of each positive electrode produced as described above was measured. A positive electrode having a size of 100 mm × 25 mm is pasted on a 120 mm × 30 mm acrylic plate using a 70 mm × 20 mm double-sided tape (Nichiban NW-20, manufactured by Nichiban Co., Ltd.), and the end of the pasted electrode is attached. Using a small desktop testing machine (Nidec Sympo Co., Ltd., FGS-TV and FGP-5), pull 50 mm upwards at a constant speed (100 mm / min) in the direction of 90 degrees with the adhesive surface of the electrode. The average peel strength at the time of peeling was measured. The measurement results are shown in Table 1.

[充放電特性の評価]
上記の各正極を5cm×2cmの大きさに切り出し、アルミニウムタブを超音波で溶接して、正極とした。この正極を用い、リチウム金属を対極及び参照極として、三電極式セルを作製した。電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の3:7の体積比の混合溶媒に、LiPFを1モル/リットルとなるように溶解したものを用いた。
[Evaluation of charge / discharge characteristics]
Each positive electrode was cut into a size of 5 cm × 2 cm, and an aluminum tab was ultrasonically welded to obtain a positive electrode. Using this positive electrode, a three-electrode cell was prepared using lithium metal as a counter electrode and a reference electrode. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 3: 7 so as to be 1 mol / liter was used.

電極設計容量に対して1.0Cの電流で充放電を行った。なお、充電は、リチウム金属参照極基準で4.3Vまで定電流定電圧充電(電流下限カット0.1C)を行い、放電は1.0Cで2.85Vまで行った。   Charging / discharging was performed at a current of 1.0 C with respect to the electrode design capacity. In addition, charge performed constant current constant voltage charge (current lower limit cut 0.1C) to 4.3V on the basis of a lithium metal reference electrode, and discharge was performed up to 2.85V at 1.0C.

また、同様の試験を放電電流3.0Cとして行い、3.0C/1.0Cの比を求め、負荷特性(3C/1C)として表1に示した。   A similar test was conducted with a discharge current of 3.0C, a ratio of 3.0C / 1.0C was determined, and the load characteristics (3C / 1C) are shown in Table 1.

Figure 2009230976
Figure 2009230976

表1に示すように、プレコート層を設けた本発明正極T1は、プレコート層を設けていない比較正極R1に比べ、高い密着強度を有している。また、オリビン型燐酸鉄リチウムを正極活物質として用い、プレコート層を設けた本発明正極T2は、プレコート層を設けていない比較正極R2に比べ、高い密着強度を示している。また、負荷特性(3C/1C)においても、プレコート層を設けた本発明正極T1は、比較正極R1と同程度あるいは若干優れた負荷特性を示している。同様に、本発明正極T2は、比較正極R2に比べ、同程度あるいは若干優れた負荷特性を示している。   As shown in Table 1, this invention positive electrode T1 which provided the precoat layer has high adhesive strength compared with the comparison positive electrode R1 which does not provide the precoat layer. Moreover, this invention positive electrode T2 which used olivine type lithium iron phosphate as a positive electrode active material and provided the precoat layer has shown high adhesive strength compared with comparative positive electrode R2 which does not provide the precoat layer. In addition, in the load characteristics (3C / 1C), the positive electrode T1 of the present invention provided with the precoat layer shows the same or slightly superior load characteristics as the comparative positive electrode R1. Similarly, the positive electrode T2 of the present invention shows the same or slightly better load characteristics than the comparative positive electrode R2.

また、本発明によれば、上記のように電極内における密着強度を高めることができるので、充放電時に伴う活物質の膨張及び収縮による活物質の集電体からの剥離や浮きを抑制することができるので、電池の長期信頼性を高めることができる。   In addition, according to the present invention, since the adhesion strength in the electrode can be increased as described above, it is possible to suppress separation and floating of the active material from the current collector due to expansion and contraction of the active material during charging and discharging. Therefore, the long-term reliability of the battery can be improved.

また、本発明によれば、上述のように、高い乾燥温度で電極を作製することができるので、電池を効率良く生産することができる。   Further, according to the present invention, as described above, since the electrode can be produced at a high drying temperature, the battery can be produced efficiently.

上記の実施例においては、正極に本発明を適用したが、負極についても本発明を適用して本発明の効果を得ることができる。   In the above embodiments, the present invention is applied to the positive electrode, but the present invention can be applied to the negative electrode to obtain the effects of the present invention.

本発明に従い、集電体の上にプレコート層を形成し、プレコート層の上に合剤層を形成した状態を示す断面図。Sectional drawing which shows the state which formed the precoat layer on the electrical power collector according to this invention, and formed the mixture layer on the precoat layer. 従来の電極において、乾燥工程により結着剤が合剤層表面に移動する状態を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the state which a binder moves to the mixture layer surface by a drying process in the conventional electrode.

符号の説明Explanation of symbols

1…集電体
2…合剤層
3…結着剤
4…熱風
5…対流
6…プレコート層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Current collector 2 ... Mixture layer 3 ... Binder 4 ... Hot air 5 ... Convection 6 ... Precoat layer

Claims (8)

正極と、負極と、非水電解質とを有する非水電解質二次電池であって、
前記正極及び前記負極のうちの少なくとも一方の電極が、集電体上に溶剤系結着剤からなるプレコート層を形成し、該プレコート層の上に、活物質、溶剤系結着剤及び導電剤を含む溶剤系スラリーを塗布して合剤層を形成した後、乾燥して得られる電極であることを特徴とする非水電解質二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
At least one of the positive electrode and the negative electrode forms a precoat layer made of a solvent-based binder on the current collector, and an active material, a solvent-based binder, and a conductive agent on the precoat layer A nonaqueous electrolyte secondary battery, which is an electrode obtained by applying a solvent-based slurry containing a mixture layer to form a mixture layer and then drying.
前記プレコート層の溶剤系結着剤が、前記合剤層の溶剤系結着剤と同一成分であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the solvent-based binder of the precoat layer is the same component as the solvent-based binder of the mixture layer. 前記溶剤系結着剤が、ポリフッ化ビニリデンであることを特徴とする請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the solvent-based binder is polyvinylidene fluoride. 前記プレコート層の厚みが1μm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。   The thickness of the said precoat layer is 1 micrometer or less, The nonaqueous electrolyte secondary battery of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記電極が正極であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the electrode is a positive electrode. 前記正極が、平均粒子径1μm以下の微粒子を前記合剤層の固形分中に2.5重量%以上含むことを特徴とする請求項5に記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 5, wherein the positive electrode contains fine particles having an average particle diameter of 1 μm or less in a solid content of the mixture layer of 2.5% by weight or more. 前記正極の正極活物質が、LiFePOであることを特徴とする請求項5または6に記載の非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 5 or 6, wherein the positive electrode active material of the positive electrode is LiFePO 4 . 請求項1〜7のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池を製造する方法であって、
前記集電体の上に前記プレコート層を形成する工程と、
前記プレコート層の上に前記溶剤系スラリーを塗布して前記合剤層を形成した後、乾燥させる工程とを備えることを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。
A method for producing the nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 7,
Forming the precoat layer on the current collector;
A method of manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising: applying the solvent-based slurry on the precoat layer to form the mixture layer, and drying the mixture layer.
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