JP5708526B2 - Method for producing positive electrode plate for secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、正極電極箔とこの上に塗工形成された正極活物質層とを備える、二次電池用の正極板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a positive electrode plate for a secondary battery, comprising a positive electrode foil and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode foil.
従来より、二次電池を構成する正極板として、正極電極箔に正極活物質層を塗工形成したものが知られている。このような正極板は、例えば、溶媒に正極活物質、導電材、結着剤、及び、導電材を分散させるための分散剤を分散させた正極ペーストを作製し、この正極ペーストを正極電極箔に塗工して正極活物質層を形成する方法により製造する。また、特許文献1,2には、分散剤等として、ポリビニルアセタール(以下、PVAとも言う)を用いることが開示されている(特許文献1,2の特許請求の範囲をそれぞれ参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a positive electrode plate constituting a secondary battery is known in which a positive electrode active material layer is formed by coating on a positive electrode foil. Such a positive electrode plate, for example, produces a positive electrode paste in which a positive electrode active material, a conductive material, a binder, and a dispersant for dispersing the conductive material are dispersed in a solvent, and the positive electrode paste is used as a positive electrode foil. It is manufactured by a method in which a positive electrode active material layer is formed by coating. Patent Documents 1 and 2 disclose the use of polyvinyl acetal (hereinafter also referred to as PVA) as a dispersant or the like (refer to the claims of Patent Documents 1 and 2, respectively).
ところで、本発明者の研究によれば、導電材として、カーボンブラックと黒鉛の2種類を用いた正極活物質層を形成することで、電池の充放電特性を向上させ得ることが判ってきた。しかしながら、この2種類の導電材を用いた場合、正極活物質層と正極電極箔との密着性を向上させることと、正極ペーストの粘度が高くなり過ぎないように適切に調整することと、カーボンブラック及び黒鉛の凝集を抑制した正極ペーストを作製することとを、同時に成立させることが困難であった。 By the way, according to the research of the present inventors, it has been found that the charge / discharge characteristics of a battery can be improved by forming a positive electrode active material layer using two kinds of carbon black and graphite as a conductive material. However, when these two kinds of conductive materials are used, the adhesion between the positive electrode active material layer and the positive electrode foil is improved, the viscosity of the positive electrode paste is appropriately adjusted so as not to become too high, and the carbon It was difficult to simultaneously establish a positive electrode paste in which the aggregation of black and graphite was suppressed.
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、正極活物質層と正極電極箔との密着性を向上させることと、正極ペーストの粘度を適切に調整することと、カーボンブラック及び黒鉛の凝集を抑制した正極ペーストを作製することとを、同時に成立させることができる、二次電池用の正極板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the present situation, and is intended to improve the adhesion between the positive electrode active material layer and the positive electrode foil, appropriately adjust the viscosity of the positive electrode paste, carbon black and graphite. An object of the present invention is to provide a method for producing a positive electrode plate for a secondary battery, which can be simultaneously established with the production of a positive electrode paste that suppresses the aggregation of.
上記課題を解決するための本発明の一態様は、カーボンブラックからなる第1導電材と、黒鉛からなる第2導電材と、分子量が5000〜45000でアセタール化度が40〜70mol%のポリビニルアセタールからなる分散剤と、結着剤と、正極活物質とを、溶媒に分散させて、正極ペーストを作製する正極ペースト作製工程と、前記正極ペーストを正極電極箔に塗工して正極活物質層を形成する正極活物質層形成工程と、を備え、前記正極ペースト作製工程は、前記分散剤を前記溶媒に溶解させる第1工程と、前記第1工程の後に、前記第1導電材と前記第2導電材と前記結着剤とを加えて分散させる第2工程と、前記第2工程の後に、前記正極活物質を加えて分散させる第3工程と、を有する二次電池用の正極板の製造方法である。 One aspect of the present invention for solving the above problems is a first conductive material made of carbon black, a second conductive material made of graphite, and a polyvinyl acetal having a molecular weight of 5000 to 45000 and an acetalization degree of 40 to 70 mol%. A positive electrode paste preparation step of preparing a positive electrode paste by dispersing a dispersing agent, a binder, and a positive electrode active material in a solvent, and applying the positive electrode paste to a positive electrode foil to form a positive electrode active material layer A positive electrode active material layer forming step , wherein the positive electrode paste manufacturing step includes a first step of dissolving the dispersant in the solvent, and the first conductive material and the first step after the first step. A positive electrode plate for a secondary battery , comprising: a second step of adding and dispersing two conductive materials and the binder; and a third step of adding and dispersing the positive electrode active material after the second step . It is a manufacturing method.
この二次電池用の正極板の製造方法では、カーボンブラック(第1導電材)と黒鉛(第2導電材)の2種類の導電材を用いながらも、分散剤に分子量が5000〜45000でアセタール化度が40〜70mol%のPVAを用いている。このため、正極活物質層と正極電極箔との密着性を向上させることができる。また、正極ペーストの粘度を適切に調整できる。更に、カーボンブラック(第1導電材)と黒鉛(第2導電材)の凝集を抑制した正極ペーストを作製できる。
更に、この正極板の製造方法では、正極ペースト作製工程の第1工程において、予め分散剤を溶媒に溶解させるので、第2工程において、第1導電材、第2導電材等を溶媒に加えたときに、この混合物の粘度が高くなり過ぎるのを防止できる。従って、第1導電材、第2導電材等の溶媒への分散が容易で分散時間を短くできる。また、正極活物質を第1工程及び第2工程よりも後に加える(第3工程)ことで、正極活物質の分散に掛かる時間を短くできる、或いは、正極活物質に掛かるせん断力を弱くできる。従って、分散(混練)を長く行う或いは強いせん断力で行うことによる正極活物質の変質、活物質粒子の割れ、結晶性の低下など容量維持率の低下を招く不具合を防止できる。
In this method for producing a positive electrode plate for a secondary battery, while using two types of conductive materials, carbon black (first conductive material) and graphite (second conductive material), the dispersant has a molecular weight of 5000 to 45000 and an acetal. PVA having a degree of conversion of 40 to 70 mol% is used. For this reason, the adhesiveness of a positive electrode active material layer and positive electrode electrode foil can be improved. Moreover, the viscosity of the positive electrode paste can be adjusted appropriately. Furthermore, a positive electrode paste in which aggregation of carbon black (first conductive material) and graphite (second conductive material) is suppressed can be produced.
Furthermore, in this positive electrode plate manufacturing method, since the dispersant is dissolved in the solvent in advance in the first step of the positive electrode paste manufacturing step, the first conductive material, the second conductive material, etc. are added to the solvent in the second step. Sometimes the viscosity of the mixture can be prevented from becoming too high. Therefore, it is easy to disperse the first conductive material and the second conductive material in the solvent, and the dispersion time can be shortened. Further, by adding the positive electrode active material after the first step and the second step (third step), it is possible to shorten the time required for dispersion of the positive electrode active material, or to weaken the shearing force applied to the positive electrode active material. Therefore, it is possible to prevent problems such as deterioration of the positive electrode active material, cracking of the active material particles, and reduction in crystallinity due to long dispersion or kneading (kneading).
なお、「第1導電材(カーボンブラック)」としては、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラックなどが挙げられる。
また、「第2導電材(黒鉛(グラファイト))」としては、例えば、球形化黒鉛、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛や、人造黒鉛などが挙げられる。
Examples of the “first conductive material (carbon black)” include acetylene black, furnace black, channel black, thermal black, and ketjen black.
Examples of the “second conductive material (graphite (graphite))” include natural graphite such as spheroidized graphite, flaky graphite, massive graphite, and earthy graphite, and artificial graphite.
また、「ポリビニルアセタール(PVA)」とは、アセタール基を含む構成単位と、水酸基を含む構成単位と、アセチル基を含む構成単位の3種類の構成単位が、ランダムに繰り返し結合したランダム共重合体の高分子化合物を指す。具体例としては、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラールなどが挙げられる。このようなPVAのうち、上記の正極板の製造方法では、分子量が5000〜45000で、アセタール化度(3種類の構成単位のうちのアセタール基を含む構成単位の割合)が40〜70mol%のものを用いる。 In addition, “polyvinyl acetal (PVA)” is a random copolymer in which three types of structural units including a structural unit containing an acetal group, a structural unit containing a hydroxyl group, and a structural unit containing an acetyl group are randomly bonded. It refers to a polymer compound. Specific examples include polyvinyl formal and polyvinyl butyral. Among such PVAs, in the above method for producing a positive electrode plate, the molecular weight is 5000 to 45000, and the degree of acetalization (ratio of structural units containing acetal groups among the three types of structural units) is 40 to 70 mol%. Use things.
また、「結着剤」としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などが挙げられる。
また、「溶媒」としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、n−エチル−ピロリドン、水などが挙げられる。
Examples of the “binder” include polyvinylidene fluoride (PVDF), carboxymethyl cellulose (CMC), polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), polytetrafluoroethylene (PTFE), and the like.
Examples of the “solvent” include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), n-ethyl-pyrrolidone, water and the like.
また、「正極活物質」としては、Li含有正極活物質、具体的には、リチウム・コバルト複合酸化物(LixCoO2(0<x≦1.0))、リチウム・ニッケル複合酸化物(LixNiO2(0<x≦1.0))、リチウム・コバルト・ニッケル・マンガン複合酸化物(LixCoyNizMn(1-y-z)O2(0<x≦1.0,0<y≦1.0,0<z≦1.0))が挙げられる。また、これらに1種以上のアルカリ土類金属元素を添加した化合物等の層状化合物系材料や、リチウム・マンガン複合酸化物(LixMn2O4(0<x≦1.0))のスピネル系材料が挙げられる。また、リチウム・鉄・リン複合酸化物(LiFePO4)等のオリビン系材料からなるリチウム遷移金属複合酸化物などが挙げられる。 The “positive electrode active material” includes a Li-containing positive electrode active material, specifically, lithium-cobalt composite oxide (Li x CoO 2 (0 <x ≦ 1.0)), lithium-nickel composite oxide ( Li x NiO 2 (0 <x ≦ 1.0)), lithium-cobalt-nickel-manganese composite oxide (Li x Co y Ni z Mn (1-yz) O 2 (0 <x ≦ 1.0,0 <Y ≦ 1.0, 0 <z ≦ 1.0)). In addition, layered compound materials such as compounds obtained by adding one or more alkaline earth metal elements to these, and spinel of lithium / manganese composite oxide (Li x Mn 2 O 4 (0 <x ≦ 1.0)) System materials. Further, lithium transition metal composite oxides made of olivine-based materials such as lithium / iron / phosphorus composite oxide (LiFePO 4 ) can be used.
また、「正極ペースト作製工程」は、例えば、ホモジナイザ、プラネタリーミキサ、ジェットミル、超音波分散機、ディスパ(攪拌翼)等のメディアレス分散機や、押出混練機を用いて行うことができる。また、ビーズミルやボールミル等の分散機に、ガラス、ジルコニア等のセラミックビーズを投入して分散を行うメディア分散を用いて、正極ペーストを作製してもよい。なお、正極ペーストの作製にあたり、分散機等を複数用いることもできる。 In addition, the “positive electrode paste manufacturing step” can be performed using, for example, a medialess disperser such as a homogenizer, a planetary mixer, a jet mill, an ultrasonic disperser, a disperser (stirring blade), or an extrusion kneader. Alternatively, the positive electrode paste may be produced using media dispersion in which ceramic beads such as glass and zirconia are introduced into a dispersing machine such as a bead mill or a ball mill. In producing the positive electrode paste, a plurality of dispersers can be used.
なお、「第2工程」において、「(分散剤が溶解した溶媒に)第1導電材と第2導電材と結着剤とを加えて分散させる」方法としては、(1)第1導電材、第2導電材及び結着剤を同時に加えて分散させる方法が挙げられる。この場合、第1導電材、第2導電材及び分散剤を単に同時に加えてもよいし、或いは、これらの材料を予め混合しておき、この混合物を加えてもよい。(2)また、第1導電材と第2導電材と結着剤とを1つずつ加えて(加える順番は限定されない)分散させる方法が挙げられる。(3)また、第1導電材、第2導電材及び結着剤のうち、2つの材料を同時に加えて撹拌し、残りの1つの材料は別途加えて(加える順番は2つの材料の先でも後でもよい)、分散させる方法などが挙げられる。この場合、同時に加える2つの材料は、予め混合しておいてもよい。 In the “second step”, as a method of “adding and dispersing the first conductive material, the second conductive material, and the binder” (in the solvent in which the dispersant is dissolved), (1) the first conductive material is used. And a method of adding and dispersing the second conductive material and the binder at the same time. In this case, the first conductive material, the second conductive material, and the dispersant may be simply added simultaneously, or these materials may be mixed in advance and the mixture added. (2) Further, there is a method in which the first conductive material, the second conductive material, and the binder are added one by one (the order of addition is not limited) and dispersed. (3) Also, among the first conductive material, the second conductive material, and the binder, two materials are added and stirred at the same time, and the remaining one material is added separately (the order of addition is the order of the two materials. It may be later) or a method of dispersing. In this case, the two materials to be added simultaneously may be mixed in advance.
更に、上記の正極板の製造方法であって、前記第2工程は、予め前記第1導電材と前記結着剤とを乾式で混合した混合物、及び、前記第2導電材のうちいずれか一方を加えて撹拌した後、前記混合物及び前記第2導電材のうち他方を加えて撹拌する工程である正極板の製造方法とすると良い。 Furthermore, in the method of manufacturing the positive electrode plate, the second step includes any one of a mixture obtained by previously mixing the first conductive material and the binder in a dry manner, and the second conductive material. It is good to set it as the manufacturing method of the positive electrode plate which is the process of adding and stirring the other among the said mixture and said 2nd electrically-conductive material after adding and stirring.
第1導電材(カーボンブラック)を単体で溶媒に加えると、カーボンブラックの濡れ性が低いために、第1導電材(カーボンブラック)を溶媒に分散させ難く、正極ペーストの分散時間が長く掛かることがある。また、結着剤を単体で溶媒に加えると、結着剤の一部が溶け残った状態(いわゆる継粉、ダマ)になり易い。これに対し、上記の正極板の製造方法では、第1導電材と結着剤とを乾式で混合しておき、この混合物を加える。これにより、第1導電材の分散が容易になり、正極ペーストの分散時間を短くできると共に、結着剤が継粉になるのを防止できる。 If the first conductive material (carbon black) is added to the solvent alone, the wettability of the carbon black is low, so it is difficult to disperse the first conductive material (carbon black) in the solvent, and the dispersion time of the positive electrode paste is long. There is. Moreover, when a binder is added to a solvent by itself, it is easy to be in a state where a part of the binder remains undissolved (so-called spatter, lumps). On the other hand, in the manufacturing method of the positive electrode plate, the first conductive material and the binder are mixed in a dry manner, and this mixture is added. Thereby, dispersion | distribution of a 1st electrically conductive material becomes easy, and while being able to shorten the dispersion | distribution time of a positive electrode paste, it can prevent that a binder turns into a powder.
更に、上記のいずれかに記載の正極板の製造方法であって、前記正極ペーストは、その固形分濃度が50wt%以上である正極板の製造方法とすると良い。 Furthermore, it is a manufacturing method of the positive electrode plate according to any one of the above, wherein the positive electrode paste has a solid content concentration of 50 wt% or more.
正極ペーストの固形分濃度が低いと、正極電極箔に塗工した正極ペーストを乾燥させる際に熱量が多く必要となり、乾燥時間も長く掛かり、また、長い乾燥炉が必要となるなど設備コストが高くなる。また、正極板を形成するのに必要な正極活物質の量に対して、正極ペーストの量が多くなるので、分散機やポンプ、タンクなど正極ペーストの作製や取り扱いに必要な設備が大型化し、コストが高くなる。また、多くの溶媒が必要となるので、この点でもコスト高を招く。従って、正極ペーストの固形分濃度を高く、具体的には、50wt%以上とするのが好ましい。 If the solid content concentration of the positive electrode paste is low, a large amount of heat is required to dry the positive electrode paste applied to the positive electrode foil, which requires a long drying time and a long drying furnace, resulting in high equipment costs. Become. Moreover, since the amount of the positive electrode paste is larger than the amount of the positive electrode active material necessary to form the positive electrode plate, the facilities necessary for the production and handling of the positive electrode paste such as a disperser, a pump, and a tank are increased in size, Cost increases. In addition, since a large amount of solvent is required, the cost is also increased in this respect. Therefore, it is preferable that the solid content concentration of the positive electrode paste is high, specifically, 50 wt% or more.
しかしながら、従来の方法で固形分濃度の高い正極ペーストを作製すると、正極ペーストの粘度が高くなりがちであり、正極ペーストのフィルタ透過性が悪くなったり、塗工性が悪くなることがあった。これに対し、前述のように正極ペースト作製工程を行えば、正極ペーストの固形分濃度を高くしても、正極ペーストのフィルタ透過性及び塗工性を良好にできる。従って、固形分濃度が50wt%以上の正極ペーストを作製する場合に、特に、前述の正極ペースト作製工程を行うのが有効である。
なお、正極ペーストの固形分濃度は、80wt%以下であるのが好ましい。その理由は、固形分濃度が高すぎると、正極ペーストの取り扱いや塗工性が悪くなるからである。
However, when a positive electrode paste having a high solid content concentration is produced by a conventional method, the viscosity of the positive electrode paste tends to be high, and the filter permeability of the positive electrode paste may be deteriorated or the coating property may be deteriorated. On the other hand, if the positive electrode paste preparation process is performed as described above, the filter permeability and the coating property of the positive electrode paste can be improved even if the solid content concentration of the positive electrode paste is increased. Therefore, when producing a positive electrode paste having a solid content concentration of 50 wt% or more, it is particularly effective to perform the above-described positive electrode paste production step.
The solid content concentration of the positive electrode paste is preferably 80 wt% or less. The reason is that when the solid content concentration is too high, the handling and coating properties of the positive electrode paste are deteriorated.
更に、上記のいずれかに記載の正極板の製造方法であって、前記ポリビニルアセタールは、分子量が8000〜21000である正極板の製造方法とすると良い。 Furthermore, it is a manufacturing method of the positive electrode plate in any one of said, Comprising: The said polyvinyl acetal is good to set it as the manufacturing method of the positive electrode plate whose molecular weight is 8000-21000.
PVAの分子量が8000よりも小さいと、導電材の分散効果が小さくなる。即ち、第1導電材及び第2導電材が溶媒に分散し難くなり、第1導電材及び第2導電材が凝集し易くなる。一方、PVAの分子量が21000よりも大きいと、正極ペーストの粘度が高くなりがちである。これに対し、上記の正極板の製造方法では、PVAの分子量を8000以上としているので、第1導電材及び第2導電材が特に分散し易くなり、第1導電材及び第2導電材の凝集を効果的に抑制できる。一方、PVAの分子量を21000以下としているので、正極ペーストの粘度が高くなり過ぎるのを効果的に防止できる。 When the molecular weight of PVA is less than 8000, the effect of dispersing the conductive material is reduced. That is, the first conductive material and the second conductive material are difficult to disperse in the solvent, and the first conductive material and the second conductive material are easily aggregated. On the other hand, when the molecular weight of PVA is larger than 21000, the viscosity of the positive electrode paste tends to be high. On the other hand, in the positive electrode plate manufacturing method, the molecular weight of PVA is set to 8000 or more, so that the first conductive material and the second conductive material are particularly easily dispersed, and the first conductive material and the second conductive material are aggregated. Can be effectively suppressed. On the other hand, since the molecular weight of PVA is 21000 or less, it is possible to effectively prevent the viscosity of the positive electrode paste from becoming too high.
更に、上記のいずれかに記載の正極板の製造方法であって、前記ポリビニルアセタールは、アセタール化度が50〜65mol%である正極板の製造方法とすると良い。 Furthermore, it is a manufacturing method of the positive electrode plate in any one of said, Comprising: The said polyvinyl acetal is good to set it as the manufacturing method of the positive electrode plate whose acetalization degree is 50-65 mol%.
PVAのアセタール化度が50mol%よりも小さいと、導電材の分散効果が小さくなる。即ち、第1導電材及び第2導電材が溶媒に分散し難くなり、第1導電材及び第2導電材が凝集し易くなる。一方、 PVAのアセタール化度が65mol%よりも大きいと、正極活物質層と正極電極箔との密着性が低くなりがちである。これに対し、上記の正極板の製造方法では、アセタール化度を50mol%以上としているので、第1導電材及び第2導電材が特に分散し易くなり、第1導電材及び第2導電材の凝集を効果的に抑制できる。一方、アセタール化度を65mol%以下としているので、正極活物質層と正極電極箔との密着性を特に高くできる。 When the degree of acetalization of PVA is less than 50 mol%, the effect of dispersing the conductive material is reduced. That is, the first conductive material and the second conductive material are difficult to disperse in the solvent, and the first conductive material and the second conductive material are easily aggregated. On the other hand, when the degree of acetalization of PVA is larger than 65 mol%, the adhesion between the positive electrode active material layer and the positive electrode foil tends to be low. On the other hand, in the manufacturing method of the positive electrode plate described above, since the degree of acetalization is 50 mol% or more, the first conductive material and the second conductive material are particularly easily dispersed, and the first conductive material and the second conductive material are not easily dispersed. Aggregation can be effectively suppressed. On the other hand, since the degree of acetalization is 65 mol% or less, the adhesion between the positive electrode active material layer and the positive electrode foil can be particularly enhanced.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1及び図2に、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100(以下、単に電池100とも言う)を示す。また、図3に、この電池100を構成する捲回型の電極体120を展開した状態を示す。なお、以下では、電池100の厚み方向BH、幅方向CH、高さ方向DHを、図1及び図2に示す方向と定めて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a lithium ion secondary battery 100 (hereinafter also simply referred to as a battery 100) according to the present embodiment. FIG. 3 shows a state where the
この電池100は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両や、ハンマードリル等の電池使用機器に搭載される角型電池である。この電池100は、直方体形状の電池ケース110と、この電池ケース110内に収容された扁平状捲回型の電極体120と、電池ケース110に支持された正極端子150及び負極端子160等から構成されている(図1及び図2参照)。また、電池ケース110内には、非水系の電解液117が保持されている。
The
このうち電池ケース110は、金属(具体的にはアルミニウム)により形成されている。この電池ケース110は、上側のみが開口した箱状のケース本体部材111と、このケース本体部材111の開口111hを閉塞する形態で溶接された矩形板状のケース蓋部
材113とから構成されている(図1及び図2参照)。ケース蓋部材113には、非復帰型の安全弁113vが設けられている。また、ケース蓋部材113には、電解液117の注液孔113hが設けられており、封止部材115で気密に封止されている。
Among these, the
また、ケース蓋部材113のうち、その長手方向(電池100の幅方向CH)の両端近傍には、電池ケース110の内部から外部に延出する形態の正極端子(正極端子部材)150及び負極端子(負極端子部材)160がそれぞれ固設されている。具体的には、これらの端子150,160は、これらにバスバや圧着端子など電池外の接続端子を締結するためのボルト153,163と共に、樹脂からなる絶縁部材155,165を介して、ケース蓋部材113に固設されている。
Further, in the
次に、電極体120について説明する。この電極体120は、その軸線(捲回軸)が電池100の幅方向CHと平行となるように横倒しにした状態で、電池ケース110内に収容されている(図2参照)。この電極体120は、帯状の正極板121と帯状の負極板131とを、樹脂製の多孔質膜からなる帯状の2枚のセパレータ141,141を介して互いに重ねて(図3参照)、軸線周りに捲回し、扁平状に圧縮したものである。正極板121の幅方向の一部は、セパレータ141,141から軸線方向の一方側AC(図2中、左方、図3中、上方)に渦巻き状をなして突出しており、前述した正極端子(正極端子部材)150と接続(溶接)している。また、負極板131の幅方向の一部は、セパレータ141,141から軸線方向の他方側AD(図2中、右方、図3中、下方)に渦巻き状をなして突出しており、前述した負極端子(負極端子部材)160と接続(溶接)している。
Next, the
このうち正極板121は、芯材として、アルミニウムからなる帯状の正極電極箔122を有する。この正極電極箔122の両主面のうち幅方向の他方側ADの一部には、それぞれ長手方向EH(図3中、左右方向)に帯状に延びる正極活物質層(正極合剤層)123,123が形成されている。
Among these, the
これらの正極活物質層123,123は、正極活物質60と第1導電材30と第2導電材40と結着剤50と分散剤20とから形成されている。本実施形態では、正極活物質60としてリチウム・コバルト・ニッケル・マンガン複合酸化物(具体的には LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2 )を、第1導電材30としてカーボンブラック(具体的にはアセチレンブラック)を、第2導電材として黒鉛(グラファイト)を、結着剤50としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いている。 The positive electrode active material layers 123 and 123 are formed of the positive electrode active material 60, the first conductive material 30, the second conductive material 40, the binder 50, and the dispersant 20. In this embodiment, lithium-cobalt-nickel-manganese composite oxide (specifically, LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 ) is used as the positive electrode active material 60, and carbon black is used as the first conductive material 30. (Specifically, acetylene black), graphite (graphite) as the second conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as the binder 50 are used.
また、第1導電材30及び第2導電材40を後述する溶媒10に分散させる分散剤20として、分子量が5000〜45000でアセタール化度が40〜70mol%のポリビニルアセタール(PVA)を用いている。具体的には、このPVAは、分子量が8500、アセタール化度が61mol%である。また、正極活物質60と導電材(第1導電材30と第2導電材40の合計)と結着剤50と分散剤20との割合は、重量比で90.8:6.0:3.0:0.2である。また、導電材における第1導電材(カーボンブラック)30と第2導電材(黒鉛)40との混合割合は、重量比で4.0:2.0である。 Further, as the dispersant 20 for dispersing the first conductive material 30 and the second conductive material 40 in the solvent 10 described later, polyvinyl acetal (PVA) having a molecular weight of 5000 to 45000 and an acetalization degree of 40 to 70 mol% is used. . Specifically, this PVA has a molecular weight of 8500 and an acetalization degree of 61 mol%. The ratio of the positive electrode active material 60, the conductive material (the total of the first conductive material 30 and the second conductive material 40), the binder 50, and the dispersant 20 is 90.8: 6.0: 3 in weight ratio. 0.0: 0.2. The mixing ratio of the first conductive material (carbon black) 30 and the second conductive material (graphite) 40 in the conductive material is 4.0: 2.0 by weight.
負極板131は、芯材として、銅からなる帯状の負極電極箔132を有する。この負極電極箔132の両主面のうち幅方向の一方側ACの一部には、それぞれ長手方向EHに帯状に延びる負極活物質層(負極合剤層)133,133が形成されている。これらの負極活物質層133,133は、負極活物質と増粘剤と結着剤とから形成されている。
The
次いで、上記正極板121及び電池100の製造方法について説明する。
まず、正極板121の製造方法について説明する。正極ペースト作製工程において、前述の第1導電材30と第2導電材40と分散剤20と結着剤50と正極活物質60とを、溶媒(具体的にはNMP)10に分散させて、正極ペースト80を作製する(図4参照)。
Next, a method for manufacturing the
First, a method for manufacturing the
具体的には、まず、正極ペースト作製工程のうちの第1工程S1において、ビーズミルに溶媒10を入れ、更にこの溶媒10に分散剤20を加えて撹拌し、分散剤20を溶媒10に溶解させる。
その後、第2工程の第2a工程S2において、この分散剤20が溶解した溶媒10に、第2導電材(黒鉛)40を加えて撹拌して分散させる。
更に、第2工程の第2b工程S3において、分散剤20及び第2導電材40を含む溶媒10に、予め第1導電材(カーボンブラック)30と結着剤50とを乾式で混合しておいた混合物35を加えて撹拌して分散させる。
これにより、分散剤20と第1導電材30と第2導電材40と結着剤50とが溶媒10に分散した導電ペースト70が作製される。
Specifically, first, in the first step S <b> 1 in the positive electrode paste manufacturing step, the solvent 10 is put in a bead mill, and the dispersant 20 is further added to the solvent 10 and stirred to dissolve the dispersant 20 in the solvent 10. .
Thereafter, in the second a step S2 of the second step, the second conductive material (graphite) 40 is added to the solvent 10 in which the dispersant 20 is dissolved, and dispersed by stirring.
Further, in the second step 2b S3 of the second step, the first conductive material (carbon black) 30 and the binder 50 are previously mixed in the solvent 10 containing the dispersant 20 and the second conductive material 40 in a dry manner. Add the mixture 35 and stir to disperse.
Thereby, the conductive paste 70 in which the dispersant 20, the first conductive material 30, the second conductive material 40, and the binder 50 are dispersed in the solvent 10 is produced.
次に、正極ペースト作製工程のうちの第3工程S4において、高せん断ホモジナイザを用いて、導電ペースト70に正極活物質60を加えて撹拌して分散させる。かくして、正極ペースト80が作製される。
なお、正極活物質60と第1導電材(カーボンブラック)30と第2導電材(黒鉛)40と結着剤50と分散剤20との混合割合は、前述したように、重量比で90.8:4.0:2.0:3.0:0.2である。また、これらの固形分20,30,40,50,60と溶媒10との混合割合は、重量比で31:69である。従って、この正極ペースト80は、その固形分濃度が69wt%である。
Next, in the third step S4 of the positive electrode paste manufacturing step, the positive electrode active material 60 is added to the conductive paste 70 and dispersed by stirring using a high shear homogenizer. Thus, the positive electrode paste 80 is produced.
The mixing ratio of the positive electrode active material 60, the first conductive material (carbon black) 30, the second conductive material (graphite) 40, the binder 50, and the dispersant 20 is 90. 8: 4.0: 2.0: 3.0: 0.2. Moreover, the mixing ratio of these solid content 20, 30, 40, 50, 60 and the solvent 10 is 31:69 by weight ratio. Therefore, this positive electrode paste 80 has a solid content concentration of 69 wt%.
次に、アルミニウムからなる帯状の正極電極箔122を用意し、正極活物質層形成工程において、上記の正極ペースト80を正極電極箔122に塗工して正極活物質層123,123を形成する。具体的には、正極電極箔122のうち一方の主面の幅方向の一部に、ダイコータを用いて正極ペースト80を塗布する。その後、これを熱風により乾燥させて、正極活物質層123を形成する。同様に、正極電極箔122の反対側の主面にも、その幅方向の一部に、正極ペースト80を塗布し、これを熱風により乾燥させて、正極活物質層123を形成する。その後、加圧ロールにより正極活物質層123,123を圧縮して、その密度を高める。かくして、正極板121が形成される。
Next, a strip-like
また別途、負極板131を製造する。即ち、銅からなる帯状の負極電極箔132を用意する。そして、この負極電極箔132のうち一方の主面の幅方向の一部に、負極活物質、増粘剤及び結着剤を含む負極ペーストを塗布し、熱風により乾燥させて、負極活物質層133を形成する。同様に、負極電極箔132の反対側の主面にも、その幅方向の一部に、上記の負極ペーストを塗布し、熱風により乾燥させて、負極活物質層133を形成する。その後、加圧ロールにより負極活物質層133,133を圧縮して、その密度を高める。かくして、負極板131が形成される。
Separately, the
次に、帯状のセパレータ141,141を2枚用意し、前述の正極板121と負極板131とをセパレータ141,141を介して互いに重ね(図3参照)、巻き芯を用いて軸線周りに捲回する。その後、これを扁平状に圧縮して電極体120を形成する。
また別途、ケース蓋部材113と正極端子部材150と負極端子部材160とボルト153,163とを用意し、これらを射出成形用の金型にセットする。そして、射出成形により絶縁部材155,165を一体的に成形して、ケース蓋部材113に正極端子部材(正極端子)150及び負極端子部材(負極端子)160を固設しておく。
Next, two strip-shaped
Separately, a
次に、正極端子150及び負極端子160を電極体120にそれぞれ溶接する。その後、ケース本体部材111を用意し、ケース本体部材111内に電極体120を収容する
と共に、ケース本体部材111の開口111hをケース蓋部材113で塞ぐ。そして、ケース本体部材111とケース蓋部材113とを溶接する。次に、電解液117を注液孔113hから電池ケース110内に注液し、封止部材115で注液孔113hを気密に封止する。その後は、この電池100について、初期充電やエージング、各種検査を行う。かくして、電池100が完成する。
Next, the
(実施例及び比較例)
次いで、実施形態に係る正極板121の製造方法の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。実施例2として、実施形態に係る正極板121の製造方法により正極板121を製造した。この正極板121の製造方法では、前述したように、分散剤20に、分子量が8500でアセタール化度が61mol%のPVAを用いた。
(Examples and Comparative Examples)
Next, the results of tests performed for verifying the effects of the method for manufacturing the
また、以下の実施例1,3〜8及び比較例1〜8では、表1に示すように、分散剤であるPVAの分子量及びアセタール化度のみを変更し、それ以外は実施形態(実施例2)と同様にして正極板を製造した。具体的には、実施例1で用いたPVAは、分子量が5800でアセタール化度が62mol%である。また、実施例3で用いたPVAは、分子量が19000でアセタール化度が54mol%である。また、実施例4で用いたPVAは、分子量が19000でアセタール化度が63mol%である。また、実施例5で用いたPVAは、分子量が19500でアセタール化度が45mol%である。また、実施例6で用いたPVAは、分子量が20000でアセタール化度が61mol%である。また、実施例7で用いたPVAは、分子量が20000でアセタール化度が69mol%である。また、実施例8で用いたPVAは、分子量が40000でアセタール化度が65mol%である。 Moreover, in the following Examples 1, 3-8, and Comparative Examples 1-8, as shown in Table 1, only the molecular weight and the degree of acetalization of PVA which is a dispersing agent were changed, and other than that embodiment (Example) A positive electrode plate was produced in the same manner as 2). Specifically, the PVA used in Example 1 has a molecular weight of 5800 and an acetalization degree of 62 mol%. The PVA used in Example 3 has a molecular weight of 19000 and an acetalization degree of 54 mol%. The PVA used in Example 4 has a molecular weight of 19000 and an acetalization degree of 63 mol%. The PVA used in Example 5 has a molecular weight of 19500 and an acetalization degree of 45 mol%. The PVA used in Example 6 has a molecular weight of 20000 and an acetalization degree of 61 mol%. The PVA used in Example 7 has a molecular weight of 20000 and an acetalization degree of 69 mol%. The PVA used in Example 8 has a molecular weight of 40,000 and a degree of acetalization of 65 mol%.
一方、比較例1で用いたPVAは、分子量が4500でアセタール化度が62mol%である。また、比較例2で用いたPVAは、分子量が17000でアセタール化度が74mol%である。また、比較例3で用いたPVAは、分子量が19000でアセタール化度が38mol%である。また、比較例4で用いたPVAは、分子量が23000でアセタール化度が74mol%である。また、比較例5で用いたPVAは、分子量が53000でアセタール化度が65mol%である。また、比較例6で用いたPVAは、分子量が66000でアセタール化度が73mol%である。また、比較例7で用いたPVAは、分子量が92000でアセタール化度が69mol%である。また、比較例8で用いたPVAは、分子量が200000でアセタール化度が63mol%である。 On the other hand, the PVA used in Comparative Example 1 has a molecular weight of 4500 and an acetalization degree of 62 mol%. The PVA used in Comparative Example 2 has a molecular weight of 17000 and an acetalization degree of 74 mol%. The PVA used in Comparative Example 3 has a molecular weight of 19000 and an acetalization degree of 38 mol%. The PVA used in Comparative Example 4 has a molecular weight of 23000 and an acetalization degree of 74 mol%. The PVA used in Comparative Example 5 has a molecular weight of 53000 and an acetalization degree of 65 mol%. The PVA used in Comparative Example 6 has a molecular weight of 66000 and an acetalization degree of 73 mol%. The PVA used in Comparative Example 7 has a molecular weight of 92000 and an acetalization degree of 69 mol%. The PVA used in Comparative Example 8 has a molecular weight of 200000 and an acetalization degree of 63 mol%.
これら実施例1〜8及び比較例1〜8に係る各正極ペーストについて、粘度(mPa・s)をそれぞれ測定した。粘度は、回転式粘度計、具体的にはレオメータ(アントンパール社製、せん断速度40/s)を用いて測定した。粘度は、3900mPa・s以下を良好とし、3900mPa・sよりも大きく4500mPa・s以下を可(△印)、4500mPa・sよりも大きい場合をNG(×印)と評価した。 About each positive electrode paste which concerns on these Examples 1-8 and Comparative Examples 1-8, the viscosity (mPa * s) was measured, respectively. The viscosity was measured using a rotary viscometer, specifically, a rheometer (Anton Paar, shear rate 40 / s). The viscosity was 3900 mPa · s or less, and the viscosity was larger than 3900 mPa · s and 4500 mPa · s or less was acceptable (Δ mark), and the case where it was larger than 4500 mPa · s was evaluated as NG (x mark).
また、実施例1〜8及び比較例1〜8に係る各正極ペーストについて、第1導電材及び第2導電材等が凝集して出来た凝集粒の大きさ(μm)をそれぞれ測定した。具体的には、グラインドメータ(粒ゲージ)によって正極ペースト中に存在する凝集粒の大きさを測定した。凝集粒の大きさは、70μm未満を良好とし、70μm以上90μm未満を可(△印)、90μm以上をNG(×印)と評価した。 Moreover, about each positive electrode paste which concerns on Examples 1-8 and Comparative Examples 1-8, the magnitude | size (micrometer) of the aggregated particle which the 1st electrically conductive material, the 2nd electrically conductive material, etc. agglomerated and formed was measured, respectively. Specifically, the size of aggregated grains present in the positive electrode paste was measured with a grindometer (grain gauge). The size of the agglomerated particles was evaluated as good when less than 70 μm, 70 μm or more and less than 90 μm was acceptable (Δ mark), and 90 μm or more was evaluated as NG (× mark).
また、実施例1〜8及び比較例1〜8に係る各正極板について、正極活物質層と正極電極箔との密着性(剥離強度,N/m)をそれぞれ測定した。具体的には、各正極板から所定の大きさの帯状の断片を切り出した。この正極板の断片のうち、一方側を両面テープを介して水平な台に固定し、他方側を剥離強度測定機(エーアンドデー社製)により上方に垂直に持ち上げた。そして、この剥離強度測定機によって、両面テープに貼り付いた正極活物質層が正極電極箔から剥がれる際に掛かった力(N)を測定し、これから剥離強度(N/m)を求めた。密着性は、2.0N/m以上を良好とし、2.0N/m未満1.5N/m以上を可(△印)、1.5N/m未満をNG(×印)と評価した。 Moreover, about each positive electrode plate which concerns on Examples 1-8 and Comparative Examples 1-8, the adhesiveness (peeling strength, N / m) of a positive electrode active material layer and positive electrode electrode foil was measured, respectively. Specifically, a strip-shaped piece having a predetermined size was cut out from each positive electrode plate. Among the pieces of the positive electrode plate, one side was fixed to a horizontal base through a double-sided tape, and the other side was lifted vertically by a peel strength measuring machine (manufactured by A & D). And the force (N) applied when the positive electrode active material layer stuck on the double-sided tape was peeled off from the positive electrode foil was measured by this peel strength measuring device, and the peel strength (N / m) was determined from this. The adhesion was evaluated as 2.0 N / m or better, less than 2.0 N / m and 1.5 N / m or more was acceptable (Δ mark), and less than 1.5 N / m was evaluated as NG (x mark).
また、実施例1〜8及び比較例1〜8に係る各正極板を用いて製造した各電池について、IV抵抗(mΩ)をそれぞれ測定した。具体的には、充放電機によりIV抵抗を測定した。IV抵抗は、2.3mΩ以下を良好とし、2.3mΩよりも大きい場合をNG(×印)と評価した。 Moreover, about each battery manufactured using each positive electrode plate which concerns on Examples 1-8 and Comparative Examples 1-8, IV resistance (mohm) was measured, respectively. Specifically, IV resistance was measured with a charger / discharger. The IV resistance was 2.3 mΩ or less, and the case where the IV resistance was larger than 2.3 mΩ was evaluated as NG (x mark).
そして、総合評価として、正極ペーストの粘度、正極ペースト中の凝集粒の大きさ、電池のIV抵抗、及び正極活物質層の密着性が、いずれも良好なもの(実施例2〜4,6)を特に良好(◎印)と評価した。また、いずれかに可(△印)が有るが、その他は良好なもの(実施例1,5,7,8)を良好(○印)と評価した。また、いずれかに1つでもNG(×印)が有るもの(比較例1〜8)をNG(×印)と評価した。これらの結果を表1に示す。 And as comprehensive evaluation, the viscosity of the positive electrode paste, the size of the aggregated particles in the positive electrode paste, the IV resistance of the battery, and the adhesion of the positive electrode active material layer are all good (Examples 2 to 4 and 6). Was evaluated as particularly good (marked with ◎). Moreover, although there existed possible ((triangle | delta) mark) in any, the others (Example 1, 5, 7, 8) were evaluated as favorable (circle mark). Moreover, the thing (Comparative Examples 1-8) which has NG (x mark) in any one was evaluated as NG (x mark). These results are shown in Table 1.
表1から判るように、正極ペーストの粘度が、比較例5〜8では4890〜9260mPa・sとなり、4500mPa・sよりも高かった(表中に評価「×」を示す)。その理由は、PVAの分子量が大き過ぎる(具体的には45000を越える)ために、このPVA自体の存在により、正極ペーストの粘度が高くなったと考えられる。 As can be seen from Table 1, the viscosity of the positive electrode paste was 4890 to 9260 mPa · s in Comparative Examples 5 to 8, which was higher than 4500 mPa · s (the evaluation “x” is shown in the table). The reason is considered that the molecular weight of PVA is too large (specifically, more than 45,000), and the viscosity of the positive electrode paste is increased due to the presence of the PVA itself.
これに対し、実施例8では4210mPa・s、比較例4では3950mPa・sとなり、比較例5〜8に比して粘度が低くなった(表中に評価「△」を示す)。これら実施例8及び比較例4では、PVAの分子量が21000を越えて45000以下の範囲内であり、比較例5〜8に比して小さいので、正極ペーストの粘度が相対的に低くなったと考えられる。 On the other hand, it was 4210 mPa · s in Example 8 and 3950 mPa · s in Comparative Example 4, and the viscosity was lower than Comparative Examples 5 to 8 (evaluation “Δ” is shown in the table). In these Example 8 and Comparative Example 4, the molecular weight of PVA is in the range of more than 21000 and 45000 or less, and is smaller than Comparative Examples 5 to 8, so the viscosity of the positive electrode paste is considered to be relatively low. It is done.
また、実施例1〜7及び比較例1〜3では、更に粘度が低い3650〜3860mPa・sとなり、3900mPa・s以下の低い良好な結果であった。その理由は、PVAの分子量が十分に小さい(具体的には21000以下)ので、正極ペーストの粘度を十分に低く抑えられたと考えられる。このことから、PVAの分子量は、45000以下、更には21000以下とするのが好ましいことが判る。 In Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3, the viscosity was 3650 to 3860 mPa · s, which was a good result of 3900 mPa · s or less. The reason is that the molecular weight of PVA is sufficiently small (specifically, 21,000 or less), and thus the viscosity of the positive electrode paste is considered to be sufficiently low. From this, it is understood that the molecular weight of PVA is preferably 45000 or less, more preferably 21000 or less.
また表1から判るように、導電材等の凝集粒の大きさが、比較例1では90μm、比較例3では100μmを越えるほど大きかった(表中に評価「×」を示す)。正極ペースト中に大きな凝集粒が存在すると、正極ペーストをフィルタに透過させる際にフィルタ詰まりが生じたり、正極ペーストを正極電極箔に塗工する際に塗工不良(いわゆるスジ引き)が生じ得る。従って、凝集粒を小さく(具体的には90μm未満、好ましくは70μm未満)する必要がある。 Further, as can be seen from Table 1, the size of the aggregated particles such as the conductive material was so large as to exceed 90 μm in Comparative Example 1 and 100 μm in Comparative Example 3 (evaluation “x” is shown in the table). When large agglomerated grains are present in the positive electrode paste, filter clogging may occur when the positive electrode paste is passed through the filter, or coating failure (so-called streaking) may occur when the positive electrode paste is applied to the positive electrode foil. Therefore, it is necessary to make the aggregated grains small (specifically, less than 90 μm, preferably less than 70 μm).
比較例1で凝集粒が大きくなった理由は、PVAの分子量が小さ過ぎる(具体的には5000未満)ために、第1導電材及び第2導電材を分散させる分散効果が足りず、第1導電材及び第2導電材が凝集して大きな凝集粒が生じたと考えられる。また、比較例3で凝集粒が大きくなった理由は、PVAのアセタール化度が低すぎる(具体的には40mol%未満)ために、PVAの溶媒10への溶解性(親和性)が低下して第1導電材及び第2導電材を分散させる分散効果が不足し、第1導電材及び第2導電材が凝集して大きな凝集粒が生じたと考えられる。 The reason why the agglomerated grains are increased in Comparative Example 1 is that the molecular weight of PVA is too small (specifically, less than 5000), so that the dispersion effect of dispersing the first conductive material and the second conductive material is insufficient. It is thought that the conductive material and the second conductive material aggregated to form large aggregated particles. In addition, the reason why the agglomerated grains are increased in Comparative Example 3 is that the degree of acetalization of PVA is too low (specifically, less than 40 mol%), so that the solubility (affinity) of PVA in the solvent 10 decreases. It is considered that the dispersion effect of dispersing the first conductive material and the second conductive material is insufficient, and the first conductive material and the second conductive material are aggregated to form large aggregated particles.
これに対し、実施例1,5では凝集粒がそれぞれ70μmとなり、比較例1,3よりも小さかった(表中に評価「△」を示す)。実施例1では、PVAの分子量が相対的に大きい(具体的には5000以上8000未満)ために、比較例1に比して、第1導電材及び第2導電材が凝集し難く、凝集粒が相対的に小さくなったと考えられる。また、実施例5では、PVAのアセタール化度が相対的に高い(具体的には40mol%以上50mol%未満)ために、比較例3に比して、第1導電材及び第2導電材が凝集し難く、凝集粒が相対的に小さくなったと考えられる。 In contrast, in Examples 1 and 5, the aggregated particles were 70 μm, respectively, which was smaller than Comparative Examples 1 and 3 (evaluation “Δ” is shown in the table). In Example 1, since the molecular weight of PVA is relatively large (specifically 5000 or more and less than 8000), the first conductive material and the second conductive material are less likely to aggregate compared to Comparative Example 1, and the aggregated particles Is considered to be relatively small. Moreover, in Example 5, since the degree of acetalization of PVA is relatively high (specifically, 40 mol% or more and less than 50 mol%), the first conductive material and the second conductive material are compared with Comparative Example 3. It is difficult to agglomerate and it is considered that the agglomerated grains are relatively small.
また、実施例2〜4,6〜8及び比較例2,4〜8では、凝集粒が60〜65μmとなり、更に小さく良好な結果であった。これらでは、PVAの分子量が十分に大きく(具体的には8000以上)、かつ、PVAのアセタール化度が十分に高い(具体的には50mol%以上)ために、実施例1,5よりも更に第1導電材及び第2導電材が凝集し難く、凝集粒が小さくなったと考えられる。このことから、PVAの分子量を5000以上とすると共に、アセタール化度を40mol%以上とするのが好ましいことが判る。更には、PVAの分子量を8000以上とすると共に、アセタール化度を50mol%以上とするのが特に好ましいことが判る。 Further, in Examples 2 to 4, 6 to 8 and Comparative Examples 2 and 4 to 8, the agglomerated grains were 60 to 65 μm, which was a smaller and better result. In these, since the molecular weight of PVA is sufficiently large (specifically, 8000 or more) and the degree of acetalization of PVA is sufficiently high (specifically, 50 mol% or more), the molecular weight of PVA is further higher than those of Examples 1 and 5. It is considered that the first conductive material and the second conductive material are less likely to aggregate and the aggregated grains are reduced. From this, it can be seen that it is preferable that the molecular weight of PVA is 5000 or more and the degree of acetalization is 40 mol% or more. Furthermore, it is understood that it is particularly preferable that the molecular weight of PVA is 8000 or more and the degree of acetalization is 50 mol% or more.
また表1から判るように、IV抵抗が、比較例1では2.6mΩ、比較例3では2.5mΩとなり、2.3mΩよりも大きかった(表中に評価「×」を示す)。その理由は、第1導電材及び第2導電材が凝集して凝集粒が大きくなり過ぎた(具体的には90μm以上)ために、導電に寄与する導電材が少なく、正極活物質層内の導電パスが不十分となって、IV抵抗が大きくなったと考えられる。
これに対し、実施例1〜8及び比較例2,4〜8では、IV抵抗が2.0〜2.2mΩであり、十分に低く良好な結果であった。これらでは、第1導電材及び第2導電材の凝集が相対的に少なく(具体的には凝集粒が90μm未満)、導電パスを十分に確保できたために、IV抵抗が十分に低くなったと考えられる。
Further, as can be seen from Table 1, the IV resistance was 2.6 mΩ in Comparative Example 1 and 2.5 mΩ in Comparative Example 3, which was larger than 2.3 mΩ (indicated by “x” in the table). The reason is that the first conductive material and the second conductive material are aggregated and the aggregated particles are too large (specifically, 90 μm or more). It is thought that the IV resistance increased due to insufficient conductive paths.
In contrast, in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 2 and 4 to 8, the IV resistance was 2.0 to 2.2 mΩ, which was a sufficiently low and good result. In these, since the aggregation of the first conductive material and the second conductive material is relatively small (specifically, the aggregated grains are less than 90 μm), and the conductive path can be sufficiently secured, the IV resistance is considered to be sufficiently low. It is done.
また表1から判るように、正極活物質層と正極電極箔との密着性は、比較例2,4,6で0.6〜0.8N/mの低い値となった(表中に評価「×」を示す)。正極活物質層の密着性が低いと、正極板の取り扱い時に正極活物質層が剥離するおそれがある。また、電池の充放電を繰り返すうちに正極活物質が剥離して、電池容量が低下したり、電池出力が低下するおそれがある。従って、正極活物質層の密着性を高く(具体的には1.5N/m以上。好ましくは2.0N/m以上)する必要がある。
これら比較例2,4,6で正極活物質層の密着性が低かった理由は、PVAのアセタール化度が高く(具体的には70mol%よりも高く)、PVAにおける水酸基の割合が低すぎるからである。PVA中の水酸基は、正極電極箔と相互作用するので、水酸基が多いと密着性が高くなる。従って、これら比較例2,4,6では、逆に正極活物質層の密着性が低くなったと考えられる。
Further, as can be seen from Table 1, the adhesion between the positive electrode active material layer and the positive electrode foil was a low value of 0.6 to 0.8 N / m in Comparative Examples 2, 4 and 6 (evaluated in the table). "X"). If the adhesion of the positive electrode active material layer is low, the positive electrode active material layer may be peeled off when the positive electrode plate is handled. Further, the positive electrode active material may be peeled off during repeated charging / discharging of the battery, resulting in a decrease in battery capacity and a decrease in battery output. Therefore, it is necessary to increase the adhesion of the positive electrode active material layer (specifically, 1.5 N / m or more, preferably 2.0 N / m or more).
The reason why the adhesion of the positive electrode active material layer was low in these Comparative Examples 2, 4, and 6 is that the degree of acetalization of PVA is high (specifically, higher than 70 mol%), and the proportion of hydroxyl groups in PVA is too low. It is. Since the hydroxyl group in PVA interacts with the positive electrode electrode foil, the adhesiveness is increased when the hydroxyl group is large. Therefore, in Comparative Examples 2, 4, and 6, it is considered that the adhesion of the positive electrode active material layer was lowered.
これに対し、実施例7では1.5N/m、比較例7では1.6N/mとなり、比較例2,4,6に比して、正極活物質層の密着性が高かった(表中に評価「△」を示す)。その理由は、PVAのアセタール化度がやや低く(具体的には65mol%を越え70mol%以下の範囲内)、PVA中の水酸基の割合が高いために、比較例2,4,6に比して、正極活物質層の密着性が高くなったと考えられる。 On the other hand, it was 1.5 N / m in Example 7 and 1.6 N / m in Comparative Example 7, and the adhesion of the positive electrode active material layer was higher than that in Comparative Examples 2, 4 and 6 (in the table). Shows the evaluation “△”). The reason is that the degree of acetalization of PVA is slightly low (specifically, in the range of more than 65 mol% and not more than 70 mol%) and the ratio of hydroxyl groups in PVA is high. Thus, it is considered that the adhesion of the positive electrode active material layer is increased.
また、実施例1〜6,8及び比較例1,3,5,8では、2.0〜3.2N/mとなり、更に正極活物質層の密着性が高く良好な結果であった。これらでは、PVAのアセタール化度が十分に低く(具体的には65mol%以下)、PVA中の水酸基の割合が十分に高いために、正極活物質層の密着性が十分に高くなったと考えられる。このことから、PVAのアセタール化度は、70mol%以下、更には65mol%以下とするのが好ましいことが判る。 Further, in Examples 1 to 6, 8 and Comparative Examples 1, 3, 5, and 8, it was 2.0 to 3.2 N / m, and the adhesiveness of the positive electrode active material layer was high and good results. In these, the degree of acetalization of PVA is sufficiently low (specifically, 65 mol% or less), and the proportion of the hydroxyl group in PVA is sufficiently high, so that the adhesion of the positive electrode active material layer is considered to be sufficiently high. . From this, it can be seen that the degree of acetalization of PVA is preferably 70 mol% or less, more preferably 65 mol% or less.
以上で説明したように、正極板121の製造方法では、分散剤20として、分子量が5000〜45000でアセタール化度が40〜70mol%のPVAを用いて、正極ペースト作製工程S1〜S4を行っている。これにより、カーボンブラック(第1導電材)30と黒鉛(第2導電材)40の2種類の導電材を用いながらも、正極活物質層123と正極電極箔122との密着性を向上させることができる。また、正極ペースト80の粘度を適切に調整できる。更に、第1導電材30及び第2導電材40の凝集を抑制した正極ペースト80を作製できる。特に、本実施形態では、正極ペースト80の固形分濃度を50wt%以上(具体的には69wt%)としているので、正極ペースト80の粘度を低く抑えるのに、特に、前述の正極ペースト作製工程S1〜S4を行うのが有効である。
As described above, in the method of manufacturing the
更に、PVAの分子量を8000以上とすることで、第1導電材30及び第2導電材40が特に分散し易くなり、第1導電材30及び第2導電材40の凝集を効果的に抑制できる。一方、PVAの分子量を21000以下とすることで、正極ペースト80の粘度が高くなり過ぎるのを特に効果的に防止できる。
また、アセタール化度を50mol%以上とすることで、第1導電材30及び第2導電材40が特に分散し易くなり、第1導電材30及び第2導電材40の凝集を効果的に抑制できる。一方、アセタール化度を65mol%以下とすることで、正極活物質層123と正極電極箔122との密着性を特に高くできる。
Furthermore, when the molecular weight of PVA is 8000 or more, the first conductive material 30 and the second conductive material 40 are particularly easily dispersed, and aggregation of the first conductive material 30 and the second conductive material 40 can be effectively suppressed. . On the other hand, by setting the molecular weight of PVA to 21000 or less, it is possible to particularly effectively prevent the viscosity of the positive electrode paste 80 from becoming too high.
Further, by setting the degree of acetalization to 50 mol% or more, the first conductive material 30 and the second conductive material 40 are particularly easily dispersed, and the aggregation of the first conductive material 30 and the second conductive material 40 is effectively suppressed. it can. On the other hand, when the degree of acetalization is 65 mol% or less, the adhesion between the positive electrode active material layer 123 and the
更に、本実施形態では、正極ペースト作製工程S1〜S4の第1工程S1において、予め分散剤20を溶媒に溶解させているので、第1導電材30、第2導電材40等を溶媒に加えたときに、この混合物の粘度が高くなり過ぎるのを防止できる。従って、第1導電材30、第2導電材40等の溶媒への分散が容易で分散時間を短くできる。また、正極活物質60を第1工程S1及び第2工程S2,S3よりも後に加えることで、正極活物質60の分散に掛かる時間を短くできる、或いは正極活物質60に掛かるせん断力を弱くできる。従って、分散(混練)を長く行う或いは強いせん断力で行うことによる正極活物質60の変質、正極活物質粒子の割れ、結晶性の低下など容量維持率の低下を招く不具合を防止できる。 Furthermore, in this embodiment, since the dispersing agent 20 is previously dissolved in the solvent in the first step S1 of the positive electrode paste manufacturing steps S1 to S4, the first conductive material 30, the second conductive material 40, etc. are added to the solvent. The viscosity of the mixture can be prevented from becoming too high. Accordingly, the dispersion of the first conductive material 30 and the second conductive material 40 in the solvent is easy and the dispersion time can be shortened. Further, by adding the positive electrode active material 60 after the first step S1 and the second steps S2 and S3, the time required for dispersion of the positive electrode active material 60 can be shortened, or the shearing force applied to the positive electrode active material 60 can be weakened. . Accordingly, it is possible to prevent problems such as deterioration of the positive electrode active material 60, cracking of the positive electrode active material particles, and reduction in crystallinity due to long dispersion or kneading (kneading).
また、第2工程S2,S3の第2b工程S3では、予め第1導電材(カーボンブラック)30と結着剤50とを乾式で混合しておき、この混合物35を加えている。これにより、第1導電材30の分散が容易になり、正極ペースト80(導電ペースト70)の分散時間を短くできると共に、結着剤50が継粉になるのを防止できる。 In the second step S3 of the second steps S2 and S3, the first conductive material (carbon black) 30 and the binder 50 are previously mixed in a dry manner, and the mixture 35 is added. Thereby, the dispersion | distribution of the 1st electrically-conductive material 30 becomes easy, while being able to shorten the dispersion | distribution time of the positive electrode paste 80 (conductive paste 70), it can prevent that the binder 50 becomes a spatter.
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態では、正極ペースト作製工程S1〜S4の第2工程S2,S3において、先に第2導電材(黒鉛)40を加える第2a工程S2を行い、その後に第1導電材(カーボンブラック)30と結着剤50との混合物35を加える第2b工程S3を行った。しかし、先に混合物35を加える第2b工程S3を行い、その後に第2導電材(黒鉛)40を加える第2a工程S2を行うこともできる。
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof.
For example, in the embodiment, in the second steps S2 and S3 of the positive electrode paste preparation steps S1 to S4, the second a step S2 in which the second conductive material (graphite) 40 is added first is performed, and then the first conductive material (carbon black) ) Step 2b S3 in which a mixture 35 of 30 and the binder 50 was added was performed. However, the 2b process S3 which adds the mixture 35 previously can be performed, and the 2a process S2 which adds the 2nd electrically-conductive material (graphite) 40 after that can also be performed.
10 溶媒(NMP)
20 分散剤(PVA)
30 第1導電材(カーボンブラック)
40 第2導電材(黒鉛)
50 結着剤(PVDF)
60 正極活物質(リチウム・コバルト・ニッケル・マンガン複合酸化物)
70 導電ペースト
80 正極ペースト
100 リチウムイオン二次電池(電池)
120 電極体
121 正極板
122 正極電極箔
123 正極活物質層
131 負極板
141 セパレータ
10 Solvent (NMP)
20 Dispersant (PVA)
30 First conductive material (carbon black)
40 Second conductive material (graphite)
50 Binder (PVDF)
60 Positive electrode active material (lithium, cobalt, nickel, manganese composite oxide)
70 conductive paste 80
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記正極ペーストを正極電極箔に塗工して正極活物質層を形成する正極活物質層形成工程と、を備え、
前記正極ペースト作製工程は、
前記分散剤を前記溶媒に溶解させる第1工程と、
前記第1工程の後に、前記第1導電材と前記第2導電材と前記結着剤とを加えて分散させる第2工程と、
前記第2工程の後に、前記正極活物質を加えて分散させる第3工程と、を有する
二次電池用の正極板の製造方法。 A first conductive material made of carbon black, a second conductive material made of graphite, a dispersant made of polyvinyl acetal having a molecular weight of 5000 to 45000 and an acetalization degree of 40 to 70 mol%, a binder, and a positive electrode active material Is dispersed in a solvent to produce a positive electrode paste,
A positive electrode active material layer forming step of coating the positive electrode paste on a positive electrode foil to form a positive electrode active material layer , and
The positive electrode paste preparation step includes:
A first step of dissolving the dispersant in the solvent;
A second step of adding and dispersing the first conductive material, the second conductive material and the binder after the first step;
A third step of adding and dispersing the positive electrode active material after the second step, and a method of manufacturing a positive electrode plate for a secondary battery.
前記第2工程は、
予め前記第1導電材と前記結着剤とを乾式で混合した混合物、及び、前記第2導電材のうちいずれか一方を加えて撹拌した後、前記混合物及び前記第2導電材のうち他方を加えて撹拌する工程である
正極板の製造方法。 It is a manufacturing method of the positive electrode plate according to claim 1 ,
The second step includes
A mixture obtained by previously mixing the first conductive material and the binder in a dry manner and the second conductive material are added and stirred, and then the other of the mixture and the second conductive material is mixed. A method for producing a positive electrode plate, which is a step of additionally stirring.
前記正極ペーストは、その固形分濃度が50wt%以上である
正極板の製造方法。 It is a manufacturing method of the positive electrode plate according to claim 1 or 2 ,
The positive electrode paste has a solid content concentration of 50 wt% or more.
前記ポリビニルアセタールは、分子量が8000〜21000である
正極板の製造方法。 It is a manufacturing method of the positive electrode plate as described in any one of Claims 1-3 ,
The polyvinyl acetal is a method for producing a positive electrode plate having a molecular weight of 8000 to 21,000.
前記ポリビニルアセタールは、アセタール化度が50〜65mol%である
正極板の製造方法。 It is a manufacturing method of the positive electrode plate as described in any one of Claims 1-4 ,
The said polyvinyl acetal is a manufacturing method of the positive electrode plate whose acetalization degree is 50-65 mol%.
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