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JP7618467B2 - Electrode, lithium ion secondary battery, and method for manufacturing electrode - Google Patents

Electrode, lithium ion secondary battery, and method for manufacturing electrode Download PDF

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JP7618467B2 JP2021036529A JP2021036529A JP7618467B2 JP 7618467 B2 JP7618467 B2 JP 7618467B2 JP 2021036529 A JP2021036529 A JP 2021036529A JP 2021036529 A JP2021036529 A JP 2021036529A JP 7618467 B2 JP7618467 B2 JP 7618467B2
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Description

本発明は、電極、リチウムイオン二次電池及び電極の製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode, a lithium ion secondary battery, and a method for manufacturing an electrode.

リチウムイオン二次電池は、携帯電話、ノートパソコン等のモバイル機器やハイブリットカー等の動力源としても広く用いられている。 Lithium-ion secondary batteries are also widely used as power sources for mobile devices such as mobile phones and laptops, as well as hybrid cars.

リチウムイオン二次電池の電極は、例えば特許文献1に記載のように、集電体上に塗布した塗膜を乾燥させて作製される。生産効率を向上するために、当該乾燥処理を早める試みがなされている。 Electrodes for lithium-ion secondary batteries are produced by drying a coating applied to a current collector, as described in, for example, Patent Document 1. Attempts have been made to speed up the drying process in order to improve production efficiency.

特開2019-169286号公報JP 2019-169286 A

塗膜の乾燥条件は電極の性能に影響を及ぼす。その性能の一つがレート特性である。レート特性は、高速に充放電した際の充放電特性である。しかしながら、乾燥後の塗膜がどのような条件を満たせばレート特性が良好になるかという点が明らかになっていない。そのため、レート特性に優れる電極を十分得ることができなかった。またレート特性に優れる電極の製造条件を判断することができなかった。 The drying conditions of the coating film affect the performance of the electrode. One such performance is the rate characteristic. The rate characteristic is the charge/discharge characteristic when charging/discharging at high speed. However, it is not clear what conditions the coating film must satisfy after drying in order to have good rate characteristics. As a result, it has not been possible to obtain a sufficient number of electrodes with excellent rate characteristics. It has also not been possible to determine the manufacturing conditions for electrodes with excellent rate characteristics.

本開示は上記問題に鑑みてなされたものであり、レート特性に優れる電極、リチウムイオン二次電池、及び電極の製造方法を提供することを目的とする。 This disclosure has been made in consideration of the above problems, and aims to provide an electrode, a lithium-ion secondary battery, and a method for manufacturing an electrode that have excellent rate characteristics.

本発明者らは、レート特性に影響を及ぼすパラメータを見出した。そしてそのパラメータを設計することで、レート特性に優れる電極、リチウムイオン二次電池が得られることを見出した。
すなわち、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
The present inventors have found parameters that affect rate characteristics, and have discovered that by designing these parameters, it is possible to obtain an electrode and a lithium ion secondary battery that are excellent in rate characteristics.
That is, in order to solve the above problems, the following means are provided.

(1)第1の態様にかかる電極は、集電体と、前記集電体の少なくとも一面に接する活物質層とを備え、前記活物質層は、活物質と導電助剤とバインダーとを含み、前記活物質層の前記集電体の表面から厚み方向に前記活物質層の総厚みの16.7%以内の第1領域において、前記活物質層に対してグロー放電分光分析を行い求められる前記導電助剤の存在割合を前記バインダーの存在割合で割った第1比率が、全体平均の94%以上である。 (1) The electrode according to the first aspect comprises a current collector and an active material layer in contact with at least one surface of the current collector, the active material layer containing an active material, a conductive assistant, and a binder, and in a first region of the active material layer within 16.7% of the total thickness of the active material layer in a thickness direction from the surface of the current collector, a first ratio obtained by dividing the abundance ratio of the conductive assistant by the abundance ratio of the binder, which is determined by performing a glow discharge spectroscopy analysis on the active material layer, is 94% or more of the overall average.

(2)上記態様にかかる電極において、前記第1領域における前記第1比率が、全体平均の130%以下であってもよい。 (2) In the electrode according to the above aspect, the first ratio in the first region may be 130% or less of the overall average.

(3)上記態様にかかる電極において、前記第1領域における前記第1比率と、前記活物質層の前記集電体と反対側の表面から厚み方向に前記活物質層の総厚みの16.7%以内の領域における前記第1比率との差が、25%以下であってもよい。 (3) In the electrode according to the above aspect, the difference between the first ratio in the first region and the first ratio in a region within 16.7% of the total thickness of the active material layer in the thickness direction from the surface of the active material layer opposite the current collector may be 25% or less.

(4)上記態様にかかる電極において、前記バインダーにおけるフッ素元素に対する炭素元素の元素比は0.5以上2.1以下であってもよい。 (4) In the electrode according to the above aspect, the elemental ratio of carbon element to fluorine element in the binder may be 0.5 or more and 2.1 or less.

(5)第2の態様にかかるリチウムイオン二次電池は、上記態様にかかる電極を備える。 (5) The lithium ion secondary battery according to the second aspect has an electrode according to the above aspect.

(6)第3の態様にかかるリチウムイオン二次電池の製造方法は、条件だし工程と、実乾燥工程とを有し、前記条件だし工程は、集電体上に塗布した活物質と導電助剤とバインダーとを含む塗膜を、搬送速度と乾燥温度と乾燥時間とのうちの少なくとも一つの条件を変えた複数の条件で乾燥させる第1工程と、前記第1工程において前記塗膜を乾燥して得られた活物質層をそれぞれ分析し、前記活物質層の集電体の表面から厚み方向に前記活物質層の総厚みの16.7%以内の第1領域において、前記活物質層に対してグロー放電分光分析を行い求められる前記導電助剤の存在割合を前記バインダーの存在割合で割った第1比率が全体平均の94%以上となる、第1条件を求める第2工程と、を有し、前記実乾燥工程は、前記第1条件で行われる。 (6) The manufacturing method of the lithium ion secondary battery according to the third aspect includes a conditioning step and an actual drying step, and the conditioning step includes a first step of drying a coating film containing an active material, a conductive assistant, and a binder applied to a current collector under a plurality of conditions in which at least one of the conditions of the conveying speed, the drying temperature, and the drying time is changed, and a second step of analyzing each of the active material layers obtained by drying the coating film in the first step, and determining a first condition in which a first ratio obtained by dividing the abundance ratio of the conductive assistant obtained by performing a glow discharge spectroscopy analysis on the active material layer in a first region within 16.7% of the total thickness of the active material layer in the thickness direction from the surface of the current collector of the active material layer by the abundance ratio of the binder is 94% or more of the overall average, and the actual drying step is performed under the first condition.

上記態様に係る電極及びリチウムイオン二次電池は、レート特性に優れる。また上記態様にかかる電極の製造方法は、レート特性に優れる電極を作製できる。 The electrode and lithium ion secondary battery according to the above aspect have excellent rate characteristics. Furthermore, the manufacturing method of the electrode according to the above aspect can produce an electrode with excellent rate characteristics.

第1実施形態に係るリチウムイオン二次電池の模式図である。1 is a schematic diagram of a lithium ion secondary battery according to a first embodiment; 第1実施形態に係る正極の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a positive electrode according to the first embodiment.

以下、実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 The following describes the embodiments in detail, with reference to the drawings as appropriate. The drawings used in the following description may show characteristic parts in an enlarged scale for the sake of clarity, and the dimensional ratios of each component may differ from the actual ones. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to them. Appropriate modifications may be made without departing from the spirit of the invention.

「リチウムイオン二次電池」
図1は、第1実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の模式図である。図1に示すリチウムイオン二次電池100は、発電素子40と外装体50と非水電解液(図示略)とを備える。外装体50は、発電素子40の周囲を被覆する。発電素子40は、接続された一対の端子60、62によって外部と接続される。非水電解液は、外装体50内に収容されている。
"Lithium-ion secondary battery"
Fig. 1 is a schematic diagram of a lithium ion secondary battery according to a first embodiment. The lithium ion secondary battery 100 shown in Fig. 1 includes a power generating element 40, an exterior body 50, and a non-aqueous electrolyte (not shown). The exterior body 50 covers the periphery of the power generating element 40. The power generating element 40 is connected to the outside via a pair of connected terminals 60, 62. The non-aqueous electrolyte is contained within the exterior body 50.

(発電素子)
発電素子40は、正極20と負極30とセパレータ10とを備える。
(Power generation element)
The power generating element 40 includes a positive electrode 20 , a negative electrode 30 , and a separator 10 .

<正極>
正極20は、例えば、正極集電体22と正極活物質層24とを有する。正極活物質層24は、正極集電体22の少なくとも一面に接する。
<Positive electrode>
The positive electrode 20 includes, for example, a positive electrode current collector 22 and a positive electrode active material layer 24. The positive electrode active material layer 24 is in contact with at least one surface of the positive electrode current collector 22.

[正極集電体]
正極集電体22は、例えば、導電性の板材である。正極集電体22は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス等の金属薄板である。正極集電体22の平均厚みは、例えば、10μm以上30μm以下である。
[Positive electrode current collector]
The positive electrode collector 22 is, for example, a conductive plate material. The positive electrode collector 22 is, for example, a thin metal plate made of aluminum, copper, nickel, titanium, stainless steel, etc. The average thickness of the positive electrode collector 22 is, for example, 10 μm or more and 30 μm or less.

[正極活物質層]
正極活物質層24は、例えば、正極活物質と導電助剤とバインダーとを備える。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer 24 includes, for example, a positive electrode active material, a conductive assistant, and a binder.

正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンとカウンターアニオンのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を用いることができる。 The positive electrode active material can be an electrode active material that can reversibly absorb and release lithium ions, remove and insert lithium ions (intercalation), or dope and dedope lithium ions and counter anions.

正極活物質は、例えば、複合金属酸化物である。複合金属酸化物は、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、及び、一般式:LiNiCoMnの化合物(一般式中においてx+y+z+a=1、0≦x<1、0≦y<1、0≦z<1、0≦a<1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)、リチウムバナジウム化合物(LiV)、オリビン型LiMPO(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、チタン酸リチウム(LiTi12)、LiNiCoAl(0.9<x+y+z<1.1)である。正極活物質は、有機物でもよい。例えば、正極活物質は、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンでもよい。 The positive electrode active material is, for example, a composite metal oxide. Examples of the composite metal oxide include lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 ), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), and a compound of the general formula: LiNi x Co y Mn z M a O 2 (wherein x + y + z + a = 1, 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1, 0 ≤ a < 1, and M is one or more elements selected from Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, and Cr), a lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 ), an olivine-type LiMPO 4 (wherein M is one or more elements selected from Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al, and Zr, or VO), and a lithium titanate (Li 4 Ti5O12 ) , LiNixCoyAlzO2 (0.9<x+y+ z < 1.1). The positive electrode active material may be an organic material. For example, the positive electrode active material may be polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, or polyacene .

導電助剤は、活物質間の電子伝導性を高める。導電助剤は、例えば、カーボンブラック、ケッチェンブラック等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物である。導電助剤は、カーボンブラック、ケッチェンブラック等の炭素材料が好ましい。 The conductive assistant enhances the electronic conductivity between active materials. Examples of the conductive assistant include carbon powders such as carbon black and Ketjen black, carbon nanotubes, carbon materials, metal fine powders such as copper, nickel, stainless steel, and iron, mixtures of carbon materials and metal fine powders, and conductive oxides such as ITO. The conductive assistant is preferably a carbon material such as carbon black or Ketjen black.

バインダーは、活物質同士を結合する。バインダーは、公知のものを用いることができる。バインダーは、例えば、フッ素樹脂である。フッ素樹脂は、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン-クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等である。 The binder binds the active materials together. Any known binder can be used. The binder is, for example, a fluororesin. Examples of fluororesins include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF), etc.

上記の他に、バインダーは、例えば、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-HFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-パーフルオロメチルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFMVE-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムでもよい。またバインダーは、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等でもよい。 In addition to the above, the binder may be, for example, vinylidene fluoride-based fluororubber such as vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-based fluororubber (VDF-PFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-perfluoromethylvinyl ether-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFMVE-TFE-based fluororubber), and vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber). The binder may also be, for example, cellulose, styrene-butadiene rubber, ethylene-propylene rubber, polyimide resin, polyamide-imide resin, acrylic resin, etc.

図2は、本実施形態に係る正極20の特徴部分を拡大した断面図である。正極活物質層24は、正極集電体22上にある。正極活物質層24は、厚み方向に複数の領域に区分できる。図2に示す正極活物質層24は、厚み方向に総厚みの16.7%ごとに6つの領域に区分されている。これらの領域を正極集電体22から順に、第1領域A1、第2領域A2、第3領域A3、第4領域A4、第5領域A5、第6領域A6と称する。 Figure 2 is an enlarged cross-sectional view of a characteristic portion of the positive electrode 20 according to this embodiment. The positive electrode active material layer 24 is on the positive electrode current collector 22. The positive electrode active material layer 24 can be divided into a plurality of regions in the thickness direction. The positive electrode active material layer 24 shown in Figure 2 is divided into six regions in the thickness direction, each of which is 16.7% of the total thickness. These regions are referred to as the first region A1, the second region A2, the third region A3, the fourth region A4, the fifth region A5, and the sixth region A6, in that order from the positive electrode current collector 22.

第1領域A1の第1比率は、全体平均の94%以上である。第1領域A1の第1比率は、全体平均の130%以下であることが好ましく、107%以下であることがより好ましい。 The first ratio of the first region A1 is 94% or more of the overall average. It is preferable that the first ratio of the first region A1 is 130% or less of the overall average, and more preferably 107% or less.

第1比率は、正極活物質層24の特定の領域における導電助剤の存在割合をバインダーの存在割合で割った比率である。第1比率は、グロー放電分光分析を用いて求められる。第1比率の具体的な求め方を説明する。 The first ratio is the ratio of the conductive additive present in a specific region of the positive electrode active material layer 24 divided by the binder present. The first ratio is determined using glow discharge spectroscopy. A specific method for determining the first ratio will be described below.

まず正極活物質層24に対してグロー放電分光分析を行う。グロー放電分光分析は、試料表面に希ガスイオンを照射して試料から原子を放出し、原子の発光線を連続的に分光することで、薄膜の厚さ方向の元素分布を測定する方法である。 First, glow discharge spectroscopy is performed on the positive electrode active material layer 24. Glow discharge spectroscopy is a method for measuring the element distribution in the thickness direction of a thin film by irradiating the sample surface with rare gas ions to release atoms from the sample and continuously analyzing the atomic emission lines.

まずグロー放電分光分析でフッ素元素を分析する。フッ素元素は、正極活物質層24においてバインダーのみに含まれる。そのため、フッ素元素の元素比は、正極活物質層24におけるバインダーの存在割合に換算できる。グロー放電分光分析は、上述のように厚さ方向の元素分布を測定できるため、第1領域A1~第6領域A6のそれぞれにおけるバインダーの存在割合が求められる。 First, the fluorine element is analyzed by glow discharge spectroscopy. The fluorine element is contained only in the binder in the positive electrode active material layer 24. Therefore, the element ratio of the fluorine element can be converted into the proportion of the binder present in the positive electrode active material layer 24. As described above, glow discharge spectroscopy can measure the element distribution in the thickness direction, so the proportion of the binder present in each of the first region A1 to the sixth region A6 can be determined.

次いで、グロー放電分光分析で炭素元素を分析する。炭素元素は、正極活物質層24においてバインダーと導電助剤とに含まれる。したがって、正極活物質層24における炭素元素の元素比から正極活物質層24における導電助剤の存在割合をそのまま換算することはできない。そこで、正極活物質層24に炭素元素の元素比からバインダーに起因した炭素元素分を除く処理を行う。 Then, the carbon element is analyzed by glow discharge spectroscopy. The carbon element is contained in the binder and the conductive additive in the positive electrode active material layer 24. Therefore, the ratio of the carbon element in the positive electrode active material layer 24 cannot be directly converted into the proportion of the conductive additive in the positive electrode active material layer 24. Therefore, a process is performed on the positive electrode active material layer 24 to remove the carbon element portion caused by the binder from the carbon element ratio.

まず下地層上に、バインダーのみを成膜する。バインダーは、正極活物質層24に含まれるバインダーと同じものである。バインダーに対してグロー放電分光分析を行う。グロー放電分光分析の結果から、バインダーに含まれるフッ素元素に対する炭素元素の元素比(C/F)が求められる。当該元素比(C/F)は、例えば、0.5以上2.1以下である。 First, a film of only the binder is formed on the underlayer. The binder is the same as the binder contained in the positive electrode active material layer 24. Glow discharge spectroscopy is performed on the binder. From the results of the glow discharge spectroscopy, the elemental ratio (C/F) of carbon element to fluorine element contained in the binder is obtained. The elemental ratio (C/F) is, for example, 0.5 or more and 2.1 or less.

次いで、先に求めた正極活物質層24におけるフッ素元素の元素比に、バインダーに含まれるフッ素元素に対する炭素元素の元素比(C/F)をかけると、正極活物質層24におけるバインダー起因の炭素元素の元素比が算出される。次いで、正極活物質層24における炭素元素の元素比からバインダー起因の炭素元素の元素比を除くことで、導電助剤に起因した炭素元素の元素比が求められる。導電助剤に起因した炭素元素の元素比は、正極活物質層24における導電助剤の存在割合を換算できる。グロー放電分光分析は、上述のように厚さ方向の元素分布を測定できるため、第1領域A1~第6領域A6のそれぞれにおける導電助剤の存在割合が求められる。 Next, the elemental ratio of the carbon element caused by the binder in the positive electrode active material layer 24 is calculated by multiplying the elemental ratio of the fluorine element in the positive electrode active material layer 24 previously determined by the elemental ratio of the carbon element to the fluorine element contained in the binder (C/F). Next, the elemental ratio of the carbon element caused by the conductive assistant is determined by subtracting the elemental ratio of the carbon element caused by the binder from the elemental ratio of the carbon element in the positive electrode active material layer 24. The elemental ratio of the carbon element caused by the conductive assistant can be converted into the abundance ratio of the conductive assistant in the positive electrode active material layer 24. Since glow discharge spectroscopy can measure the elemental distribution in the thickness direction as described above, the abundance ratio of the conductive assistant in each of the first region A1 to the sixth region A6 can be determined.

そして、算出された導電助剤の存在割合をバインダーの存在割合で割ることで、第1比率が求められる。第1比率の全体平均は、それぞれの領域で算出された値を平均化して求められる。 Then, the first ratio is calculated by dividing the calculated proportion of conductive additive by the proportion of binder. The overall average of the first ratio is calculated by averaging the values calculated for each region.

また第6領域A6の第1比率は、例えば、全体平均の119%以下であることが好ましい。また第1領域A1の第1比率と第6領域A6の第1比率との差は、25%以下であることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the first ratio of the sixth region A6 is, for example, 119% or less of the overall average. Furthermore, it is preferable that the difference between the first ratio of the first region A1 and the first ratio of the sixth region A6 is 25% or less.

<負極>
負極30は、例えば、負極集電体32と負極活物質層34とを有する。負極活物質層34は、負極集電体32の少なくとも一面に形成されている。
<Negative Electrode>
The negative electrode 30 includes, for example, a negative electrode current collector 32 and a negative electrode active material layer 34. The negative electrode active material layer 34 is formed on at least one surface of the negative electrode current collector 32.

[負極集電体]
負極集電体32は、例えば、導電性の板材である。負極集電体32は、正極集電体22と同様のものを用いることができる。
[Negative electrode current collector]
The negative electrode current collector 32 is, for example, a conductive plate material. The negative electrode current collector 32 may be the same as the positive electrode current collector 22.

[負極活物質層]
負極活物質層34は、負極活物質を含む。また必要に応じて、導電助剤、バインダー、固体電解質を含んでもよい。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer 34 contains a negative electrode active material and may further contain a conductive assistant, a binder, and a solid electrolyte, as necessary.

負極活物質は、イオンを吸蔵・放出可能な化合物であればよく、公知のリチウムイオン二次電池に用いられる負極活物質を使用できる。負極活物質は、例えば、金属リチウム、リチウム合金、イオンを吸蔵・放出可能な黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、アルミニウム、シリコン、スズ、ゲルマニウム等のリチウム等の金属と化合することのできる金属、SiO(0<x<2)、二酸化スズ等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(LiTi12)等を含む粒子である。 The negative electrode active material may be any compound capable of absorbing and releasing ions, and may be any negative electrode active material used in known lithium ion secondary batteries. Examples of the negative electrode active material include metallic lithium, lithium alloys, graphite (natural graphite, artificial graphite) capable of absorbing and releasing ions, carbon materials such as carbon nanotubes, non-graphitizable carbon, easily graphitizable carbon, and low-temperature fired carbon, metals capable of combining with metals such as lithium, such as aluminum, silicon, tin, and germanium, amorphous compounds mainly composed of oxides such as SiO x (0<x<2) and tin dioxide, and particles containing lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ).

負極活物質層34は、シリコン、スズ、ゲルマニウムを含んでもよい。シリコン、スズ、ゲルマニウムは、単体元素として存在してもよいし、化合物として存在してもよい。化合物は、例えば、合金、酸化物等である。一例として、負極活物質がシリコンの場合、負極30はSi負極と呼ばれることがある。負極活物質は、例えば、シリコン、スズ、ゲルマニウムの単体又は化合物と炭素材との混合系でもよい。炭素材は、例えば天然黒鉛である。また負極活物質は、例えば、シリコン、スズ、ゲルマニウムの単体又は化合物の表面が炭素で被覆されたものでもよい。炭素材及び被覆された炭素は、負極活物質と導電助剤との間の導電性を高める。負極活物質層がシリコン、スズ、ゲルマニウムを含むと、リチウムイオン二次電池100の容量が大きくなる。 The negative electrode active material layer 34 may contain silicon, tin, and germanium. Silicon, tin, and germanium may exist as single elements or as compounds. The compounds are, for example, alloys, oxides, and the like. As an example, when the negative electrode active material is silicon, the negative electrode 30 may be called a Si negative electrode. The negative electrode active material may be, for example, a mixture of a simple substance or compound of silicon, tin, or germanium and a carbon material. The carbon material is, for example, natural graphite. The negative electrode active material may also be, for example, a simple substance or compound of silicon, tin, or germanium, the surface of which is coated with carbon. The carbon material and the coated carbon increase the conductivity between the negative electrode active material and the conductive additive. When the negative electrode active material layer contains silicon, tin, or germanium, the capacity of the lithium ion secondary battery 100 increases.

負極活物質層34は、上述のように例えば、リチウムを含んでもよい。リチウムは、金属リチウムでもリチウム合金でもよい。負極活物質層34は、金属リチウム又はリチウム合金でもよい。リチウム合金は、例えば、Si、Sn、C、Pt、Ir、Ni、Cu、Ti、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Alからなる群から選択される1種以上の元素と、リチウムと、の合金である。一例として、負極活物質が金属リチウムの場合、負極30はLi負極と呼ばれることがある。負極活物質層34は、リチウムのシートでもよい。 The negative electrode active material layer 34 may contain, for example, lithium as described above. The lithium may be metallic lithium or a lithium alloy. The negative electrode active material layer 34 may be metallic lithium or a lithium alloy. The lithium alloy is, for example, an alloy of lithium and one or more elements selected from the group consisting of Si, Sn, C, Pt, Ir, Ni, Cu, Ti, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, and Al. As an example, when the negative electrode active material is metallic lithium, the negative electrode 30 may be called a Li negative electrode. The negative electrode active material layer 34 may be a sheet of lithium.

負極30は、作製時に負極活物質層34を有さずに、負極集電体32のみであってもよい。リチウムイオン二次電池100を充電すると、負極集電体32の表面に金属リチウムが析出する。金属リチウムはリチウムイオンが析出した単体のリチウムであり、金属リチウムは負極活物質層34として機能する。 The negative electrode 30 may be made only of the negative electrode current collector 32 without having the negative electrode active material layer 34. When the lithium-ion secondary battery 100 is charged, metallic lithium is precipitated on the surface of the negative electrode current collector 32. Metallic lithium is elemental lithium with lithium ions precipitated therein, and metallic lithium functions as the negative electrode active material layer 34.

導電助剤及びバインダーは、正極20と同様のものを用いることができる。負極30におけるバインダーは、正極20に挙げたものの他に、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等でもよい。セルロースは、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)でもよい。 The conductive additive and binder can be the same as those in the positive electrode 20. In addition to those listed in the positive electrode 20, the binder in the negative electrode 30 can be, for example, cellulose, styrene-butadiene rubber, ethylene-propylene rubber, polyimide resin, polyamide-imide resin, acrylic resin, etc. The cellulose can be, for example, carboxymethyl cellulose (CMC).

<セパレータ>
セパレータ10は、正極20と負極30とに挟まれる。セパレータ10は、正極20と負極30とを隔離し、正極20と負極30との短絡を防ぐ。セパレータ10は、正極20及び負極30に沿って面内に広がる。リチウムイオンは、セパレータ10を通過できる。
<Separator>
The separator 10 is sandwiched between the positive electrode 20 and the negative electrode 30. The separator 10 separates the positive electrode 20 from the negative electrode 30 and prevents a short circuit between the positive electrode 20 and the negative electrode 30. The separator 10 extends in-plane along the positive electrode 20 and the negative electrode 30. Lithium ions can pass through the separator 10.

セパレータ10は、例えば、電気絶縁性の多孔質構造を有する。セパレータ10は、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレン等のポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いはセルロース、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。セパレータ10は、例えば、固体電解質であってもよい。固体電解質は、例えば、高分子固体電解質、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質である。 The separator 10 has, for example, an electrically insulating porous structure. The separator 10 may be, for example, a monolayer or laminate of a film made of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, or a stretched film of a mixture of the above resins, or a fibrous nonwoven fabric made of at least one constituent material selected from the group consisting of cellulose, polyester, polyacrylonitrile, polyamide, polyethylene, and polypropylene. The separator 10 may be, for example, a solid electrolyte. The solid electrolyte may be, for example, a polymer solid electrolyte, an oxide-based solid electrolyte, or a sulfide-based solid electrolyte.

(端子)
端子60、62は、それぞれ正極20と負極30とに接続されている。正極20に接続された端子60は正極端子であり、負極30に接続された端子62は負極端子である。端子60、62は、外部との電気的接続を担う。端子60、62は、アルミニウム、ニッケル、銅等の導電材料から形成されている。接続方法は、溶接でもネジ止めでもよい。端子60、62は短絡を防ぐために、絶縁テープで保護することが好ましい。
(Terminal)
The terminals 60 and 62 are connected to the positive electrode 20 and the negative electrode 30, respectively. The terminal 60 connected to the positive electrode 20 is a positive electrode terminal, and the terminal 62 connected to the negative electrode 30 is a negative electrode terminal. The terminals 60 and 62 are responsible for electrical connection to the outside. The terminals 60 and 62 are made of a conductive material such as aluminum, nickel, or copper. The connection method may be welding or screwing. The terminals 60 and 62 are preferably protected with insulating tape to prevent short circuits.

(外装体)
外装体50は、その内部に発電素子40及び非水電解液を密封する。外装体50は、非水電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止する。
(Exterior body)
The power generating element 40 and the non-aqueous electrolyte are sealed inside the exterior body 50. The exterior body 50 prevents the non-aqueous electrolyte from leaking to the outside and prevents moisture and the like from entering the lithium ion secondary battery 100 from the outside.

外装体50は、例えば図1に示すように、金属箔52と、金属箔52の各面に積層された樹脂層54と、を有する。外装体50は、金属箔52を高分子膜(樹脂層54)で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムである。 As shown in FIG. 1, the exterior body 50 has a metal foil 52 and a resin layer 54 laminated on each side of the metal foil 52. The exterior body 50 is a metal laminate film in which the metal foil 52 is coated on both sides with a polymer film (resin layer 54).

金属箔52としては例えばアルミ箔を用いることができる。樹脂層54には、ポリプロピレン等の高分子膜を利用できる。樹脂層54を構成する材料は、内側と外側とで異なっていてもよい。例えば、外側の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド(PA)等を用い、内側の高分子膜の材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等を用いることができる。 The metal foil 52 may be, for example, aluminum foil. The resin layer 54 may be a polymer film such as polypropylene. The materials constituting the resin layer 54 may be different on the inside and outside. For example, the material on the outside may be a polymer with a high melting point, such as polyethylene terephthalate (PET) or polyamide (PA), and the material for the polymer film on the inside may be polyethylene (PE), polypropylene (PP), etc.

(非水電解液)
非水電解液は、外装体50内に封入され、発電素子40に含浸している。非水電解液は、例えば、非水溶媒と電解質とを有する。電解質は、非水溶媒に溶解している。
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte is sealed in the exterior body 50 and impregnates the power generating element 40. The non-aqueous electrolyte includes, for example, a non-aqueous solvent and an electrolyte. The electrolyte is dissolved in the non-aqueous solvent.

非水溶媒は、例えば、環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有する。環状カーボネートは、電解質を溶媒和する。環状カーボネートは、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートである。環状カーボネートは、プロピレンカーボネートを少なくとも含むことが好ましい。鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させる。鎖状カーボネートは、例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートである。非水溶媒は、その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、γ-ブチロラクトン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン等を有してもよい。 The non-aqueous solvent contains, for example, a cyclic carbonate and a chain carbonate. The cyclic carbonate solvates the electrolyte. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate. It is preferable that the cyclic carbonate contains at least propylene carbonate. The chain carbonate reduces the viscosity of the cyclic carbonate. Examples of the chain carbonate include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. The non-aqueous solvent may also contain methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and the like.

非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積にして1:9~1:1にすることが好ましい。 It is preferable that the ratio of cyclic carbonate to chain carbonate in the non-aqueous solvent is 1:9 to 1:1 by volume.

電解質は、例えば、リチウム塩である。電解質は、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO、LiCFCFSO、LiC(CFSO、LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(CFCFCO)、LiBOB等である。リチウム塩は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。電離度の観点から、電解質はLiPFを含むことが好ましい。 The electrolyte is, for example, a lithium salt. The electrolyte is, for example, LiPF6 , LiClO4, LiBF4 , LiCF3SO3 , LiCF3CF2SO3 , LiC ( CF3SO2 ) 3 , LiN( CF3SO2 ) 2, LiN(CF3CF2SO2)2, LiN(CF3SO2)(C4F9SO2 ) , LiN ( CF3CF2CO)2 , LiBOB , etc. The lithium salt may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of the degree of ionization, it is preferable that the electrolyte contains LiPF6 .

「リチウムイオン二次電池の製造方法」
まず正極20を作製する。正極20を作製する際は、まず正極20の製造条件を規定する条件だし工程を行う。実乾燥工程は、条件だし工程で得られた条件(第1条件)に基づいて行う。
"Method of manufacturing lithium-ion secondary batteries"
First, the positive electrode 20 is produced. When producing the positive electrode 20, a conditioning step is first performed to define the manufacturing conditions of the positive electrode 20. The actual drying step is performed based on the conditions (first conditions) obtained in the conditioning step.

条件だし工程は、第1工程と第2工程とを有する。第1工程は、様々な条件で塗膜を乾燥させる工程である。第2工程は、乾燥した塗膜を分析し、適切な条件を抽出する工程である。 The conditioning process consists of a first step and a second step. The first step is to dry the coating film under various conditions. The second step is to analyze the dried coating film and extract the appropriate conditions.

第1工程は以下の手順で行われる。まず正極集電体22の少なくとも一面に、ペースト状の正極スラリー(塗膜)を塗る。正極集電体22は、市販のものを用いることができる。塗布方法は、特に制限はない。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。正極スラリーは、正極活物質と導電助剤とバインダーと溶媒とを混合してペースト化したものである。 The first step is carried out as follows. First, a paste-like positive electrode slurry (coating) is applied to at least one surface of the positive electrode collector 22. A commercially available positive electrode collector 22 can be used. There are no particular limitations on the application method. Examples include a slit die coating method and a doctor blade method. The positive electrode slurry is a paste made by mixing a positive electrode active material, a conductive assistant, a binder, and a solvent.

ついで、正極スラリーを乾燥させて溶媒を除去する。正極スラリーは、例えば乾燥炉内を通過させることで乾燥する。乾燥条件として、正極スラリーが塗布された正極集電体22の搬送速度、乾燥温度、乾燥時間、正極スラリーに対するガス風速等が挙げられる。乾燥温度、乾燥時間のそれぞれは、塗膜予熱期間、塗膜温度保持期間、塗膜温度上昇期間のそれぞれにおける条件がある。すなわち、塗膜予熱期間における乾燥温度及び乾燥時間、塗膜温度保持期間における乾燥温度及び乾燥時間、塗膜温度上昇期間における乾燥温度及び乾燥時間のパラメータがある。第1工程では、搬送速度と乾燥温度と乾燥時間とのうちの少なくとも一つの条件を変えた複数の条件で塗膜の乾燥を行う。 Then, the positive electrode slurry is dried to remove the solvent. The positive electrode slurry is dried, for example, by passing it through a drying furnace. Examples of drying conditions include the conveying speed of the positive electrode current collector 22 coated with the positive electrode slurry, the drying temperature, the drying time, and the gas speed relative to the positive electrode slurry. The drying temperature and drying time each have conditions for the coating film preheating period, the coating film temperature holding period, and the coating film temperature increase period. That is, there are parameters for the drying temperature and drying time during the coating film preheating period, the drying temperature and drying time during the coating film temperature holding period, and the drying temperature and drying time during the coating film temperature increase period. In the first step, the coating film is dried under multiple conditions in which at least one of the conveying speed, drying temperature, and drying time is changed.

第2工程では、複数の条件のそれぞれで作製された正極活物質層24に対してグロー放電分光分析を行う。グロー放電分光分析を行うことで、それぞれの正極活物質層24の第1比率がそれぞれ求められる。そして、第1領域A1の第1比率が全体平均の94%以上となる条件(第1条件)を抽出する。 In the second step, glow discharge spectroscopy is performed on the positive electrode active material layers 24 produced under each of the multiple conditions. By performing the glow discharge spectroscopy, the first ratio of each positive electrode active material layer 24 is determined. Then, the condition (first condition) under which the first ratio of the first region A1 is 94% or more of the overall average is extracted.

塗膜予熱期間及び塗膜温度保持期間の温度を90℃以下にすると、第1条件を満たす傾向にある。乾燥温度が高いと、正極スラリーの表面における溶媒の除去率が高まり、正極スラリーの表面にバインダーが偏析しやすいためと考えられる。バインダーの偏析は、正極スラリー内における対流を阻害する。また90℃以下の温度で行う塗膜温度保持期間が40秒以上であると、第1条件を満たす傾向にある。また搬送速度は、9.5m/min以下であると、第1条件を満たす傾向にある。 The first condition tends to be met when the temperature during the coating preheating period and coating temperature holding period is 90°C or less. This is thought to be because a high drying temperature increases the rate of solvent removal on the surface of the positive electrode slurry, making it easier for the binder to segregate on the surface of the positive electrode slurry. Segregation of the binder inhibits convection within the positive electrode slurry. Furthermore, when the coating temperature holding period at a temperature of 90°C or less is 40 seconds or more, the first condition tends to be met. Furthermore, when the conveying speed is 9.5 m/min or less, the first condition tends to be met.

以上の条件だし工程の結果に基づいて実乾燥工程を行うことで、正極20を作製する。実乾燥工程は、条件だし工程で求められた第1条件で行う。ついで、乾燥後の塗膜をプレスして、正極活物質層24を高密度化してもよい。プレスの手段は、例えばロールプレス機、静水圧プレス機等を用いることができる。 The positive electrode 20 is produced by carrying out an actual drying process based on the results of the above-mentioned condition setting process. The actual drying process is carried out under the first condition determined in the condition setting process. The dried coating film may then be pressed to densify the positive electrode active material layer 24. For example, a roll press, a hydrostatic press, or the like can be used as the pressing means.

次いで、負極30を作製する。負極30は、正極20と同様に作製できる。負極集電体32の少なくとも一面に、ペースト状の負極スラリーを塗る。負極スラリーは、負極活物質、バインダー、導電助剤及び溶媒を混合し、ペースト化したものである。負極スラリーを負極集電体32に塗布し、乾燥することで負極30が得られる。 Next, the negative electrode 30 is prepared. The negative electrode 30 can be prepared in the same manner as the positive electrode 20. A paste-like negative electrode slurry is applied to at least one surface of the negative electrode current collector 32. The negative electrode slurry is a mixture of a negative electrode active material, a binder, a conductive additive, and a solvent, which is then made into a paste. The negative electrode slurry is applied to the negative electrode current collector 32 and dried to obtain the negative electrode 30.

次いで、作製した正極20及び負極30の間にセパレータ10が位置するようにこれらを積層して、発電素子40を作製する。発電素子40が捲回体の場合は、正極20、負極30及びセパレータ10の一端側を軸として、これらを捲回する。 Next, the prepared positive electrode 20 and negative electrode 30 are stacked so that the separator 10 is positioned between them to prepare the power generating element 40. If the power generating element 40 is a wound body, the positive electrode 20, the negative electrode 30, and one end side of the separator 10 are wound around the axis.

最後に、発電素子40を外装体50に封入する。非水電解液は外装体50内に注入する。非水電解液を注入後に減圧、加熱等を行うことで、発電素子40内に非水電解液が含浸する。熱等を加えて外装体50を封止することで、リチウムイオン二次電池100が得られる。 Finally, the power generating element 40 is enclosed in the exterior body 50. The non-aqueous electrolyte is injected into the exterior body 50. After the non-aqueous electrolyte is injected, the pressure is reduced, heating, etc. is performed, so that the non-aqueous electrolyte is impregnated into the power generating element 40. The exterior body 50 is sealed by applying heat, etc., to obtain the lithium ion secondary battery 100.

第1実施形態にかかるリチウムイオン二次電池は、後述する実施例で示すように、第1領域A1の第1比率が上述の条件を満たすことで、レート特性が向上している。 As shown in the examples described below, the lithium ion secondary battery according to the first embodiment has improved rate characteristics because the first ratio in the first region A1 satisfies the above-mentioned conditions.

この原因は明確ではないが、第1領域A1は正極集電体22の最も近くに存在し、レート特性への影響が高いためではないかと考えられる。レート特性は、0.2CのCCCV充電後の0.2C放電容量を基準とし、急速放電させた際の容量維持率である。レート特性が高いほど、急速放電において電池の性能を十分発揮できる。活物質層内におけるリチウムイオン伝導性および電子伝導性は、レート特性に大きな影響を及ぼす。 The reason for this is unclear, but it is believed that the first region A1 is closest to the positive electrode current collector 22 and thus has a large effect on the rate characteristics. The rate characteristics are the capacity retention rate when rapidly discharged, based on the 0.2C discharge capacity after 0.2C CCCV charging. The higher the rate characteristics, the more the battery can perform during rapid discharge. The lithium ion conductivity and electronic conductivity in the active material layer have a large effect on the rate characteristics.

第1領域A1における第1比率が全体平均の94%以上であるということは、第1領域A1内に十分な導電助剤が存在していることを意味する。第1領域A1内における導電助剤の量が十分であれば、正極活物質層24内の電子伝導性を十分確保できる。また導電助剤は保液性が高い。そのため、第1領域A1内における導電助剤の量が十分であれば、第1領域A1内に十分な電解液が存在する。電解液は正極活物質間のリチウムイオンの伝導を担う。したがって、正極活物質層24内におけるリチウムイオン伝導性も確保できる。つまり、第1領域A1における第1比率が全体平均の94%以上であれば、第1領域A1におけるリチウムイオン伝導性および電子伝導性が十分高くなり、レート特性が向上すると考えられる。 The fact that the first ratio in the first region A1 is 94% or more of the overall average means that there is a sufficient conductive assistant in the first region A1. If the amount of conductive assistant in the first region A1 is sufficient, the electronic conductivity in the positive electrode active material layer 24 can be sufficiently ensured. In addition, the conductive assistant has high liquid retention. Therefore, if the amount of conductive assistant in the first region A1 is sufficient, there is sufficient electrolyte in the first region A1. The electrolyte is responsible for the conduction of lithium ions between the positive electrode active materials. Therefore, the lithium ion conductivity in the positive electrode active material layer 24 can also be ensured. In other words, if the first ratio in the first region A1 is 94% or more of the overall average, it is considered that the lithium ion conductivity and electronic conductivity in the first region A1 are sufficiently high, and the rate characteristics are improved.

また第1領域A1の第1比率と第6領域A6の第1比率との差が25%以下であれば、正極活物質層24内におけるリチウムイオン伝導性および電子伝導性のバラツキが小さくなり、レート特性がさらに向上すると考えられる。 In addition, if the difference between the first ratio in the first region A1 and the first ratio in the sixth region A6 is 25% or less, the variation in lithium ion conductivity and electronic conductivity in the positive electrode active material layer 24 will be reduced, and the rate characteristics will be further improved.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 The above describes the embodiments of the present invention in detail with reference to the drawings, but each configuration and their combinations in each embodiment are merely examples, and additions, omissions, substitutions, and other modifications of configurations are possible without departing from the spirit of the present invention.

例えば、ここまで正極活物質層における第1比率が所定の条件を満たす例を挙げて説明したが、負極活物質層における第1比率が所定の条件を満たす構成でもよい。 For example, although an example has been described in which the first ratio in the positive electrode active material layer satisfies a predetermined condition, the first ratio in the negative electrode active material layer may also satisfy a predetermined condition.

「実施例1」
まず、正極を作製した。まず厚さ15μmのアルミニウム箔の一面に、正極スラリーを塗布した。正極スラリーは、正極活物質と導電助剤とバインダーと溶媒とを混合して作製した。
"Example 1"
First, a positive electrode was prepared by coating one surface of an aluminum foil having a thickness of 15 μm with a positive electrode slurry, which was prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive assistant, a binder, and a solvent.

正極活物質は、ECOPRO社製のNCM811を用いた。NCM811は、ニッケル:コバルト:マンガン=8:1:1のニッケル・コバルト・マンガン化合物である。導電助剤は、カーボンブラック(Super-P)とケッチェンブラック(ECP600JD)とを用いた。バインダーはポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いた。NCM811(正極活物質)、カーボンブラック(導電助剤)、ケッチェンブラック(導電助剤)、PVDF(バインダー)の質量比は、96:1:1:2とした。乾燥後の正極活物質層における正極活物質の担持量は、17.4mg/cmとした。 The positive electrode active material used was NCM811 manufactured by ECOPRO. NCM811 is a nickel-cobalt-manganese compound with nickel:cobalt:manganese=8:1:1. Carbon black (Super-P) and Ketjen Black (ECP600JD) were used as the conductive additive. Polyvinylidene fluoride (PVDF) was used as the binder. The mass ratio of NCM811 (positive electrode active material), carbon black (conductive additive), Ketjen Black (conductive additive), and PVDF (binder) was 96:1:1:2. The amount of the positive electrode active material carried in the positive electrode active material layer after drying was 17.4 mg/ cm2 .

次いで、正極スラリーを乾燥させた。乾燥時の搬送速度は、5.0m/minとした。また塗膜予熱期間は104秒として90℃まで上昇させた。次いで、塗膜温度保持期間は146秒として90℃で維持した。その後、塗膜温度上昇期間は182秒として120℃まで温度を上昇させた。上記の条件で正極スラリーを乾燥させることで、正極を作製した。 The positive electrode slurry was then dried. The conveying speed during drying was 5.0 m/min. The coating preheating period was 104 seconds, and the temperature was raised to 90°C. The coating temperature was then maintained at 90°C for 146 seconds. Thereafter, the coating temperature was raised to 120°C for 182 seconds. The positive electrode slurry was dried under the above conditions to produce a positive electrode.

そして当該正極と同条件で作製した正極に対してグロー放電分光分析を行った。グロー放電分光分析では、導電助剤の存在割合を結着材の存在割合で割った第1比率を求めた。第1比率は、正極集電体の表面から正極活物質層の総厚みの16.7%(本実施例の場合、約10μm)の厚み幅毎で求め、それらの全体平均も求めた。 A glow discharge spectroscopy analysis was then performed on a positive electrode prepared under the same conditions as the positive electrode. In the glow discharge spectroscopy analysis, a first ratio was calculated by dividing the proportion of conductive additive by the proportion of binder. The first ratio was calculated for each thickness width of 16.7% (approximately 10 μm in this example) of the total thickness of the positive electrode active material layer from the surface of the positive electrode current collector, and the overall average of these was also calculated.

ついで、負極を作製した。まず厚さ10μmの銅箔の一面に、負極スラリーを塗布した。負極スラリーは、負極活物質と導電助剤とバインダーと溶媒とを混合して作製した。負極活物質は、シリコンを用いた。導電助剤は、カーボンブラック(Super-P)とケッチェンブラック(ECP600JD)とを用いた。バインダーはポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いた。シリコン(負極活物質)、カーボンブラック(導電助剤)、ケッチェンブラック(導電助剤)、PVDF(バインダー)の質量比は、96:1:1:2とした。乾燥後の負極活物質層における負極活物質の担持量は、1.3mg/cmとした。 Next, a negative electrode was prepared. First, a negative electrode slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 10 μm. The negative electrode slurry was prepared by mixing a negative electrode active material, a conductive assistant, a binder, and a solvent. Silicon was used as the negative electrode active material. Carbon black (Super-P) and Ketjen Black (ECP600JD) were used as the conductive assistant. Polyvinylidene fluoride (PVDF) was used as the binder. The mass ratio of silicon (negative electrode active material), carbon black (conductive assistant), Ketjen Black (conductive assistant), and PVDF (binder) was 96:1:1:2. The amount of the negative electrode active material carried in the negative electrode active material layer after drying was 1.3 mg/ cm2 .

(評価用リチウムイオン二次電池の作製 フルセル)
作製した負極と正極とを、厚さ10μmのポリプロピレン製のセパレータを介して交互に積層し、負極6枚と正極5枚とを積層することで積層体を作製した。さらに、積層体の負極において、負極活物質層を設けていない銅箔の突起端部にニッケル製の負極リードを取り付けた。また積層体の正極においては、正極活物質層を設けていないアルミニウム箔の突起端部にアルミニウム製の正極リードを超音波溶接機によって取り付けた。
(Preparation of evaluation lithium-ion secondary battery (full cell))
The negative and positive electrodes thus prepared were alternately laminated with 10 μm thick polypropylene separators in between, and six negative electrodes and five positive electrodes were laminated to produce a laminate. Furthermore, in the negative electrode of the laminate, a nickel negative electrode lead was attached to the protruding end of the copper foil on which the negative electrode active material layer was not provided. In the positive electrode of the laminate, an aluminum positive electrode lead was attached to the protruding end of the aluminum foil on which the positive electrode active material layer was not provided, by an ultrasonic welding machine.

そしてこの積層体を、ラミネートフィルムの外装体内に挿入して周囲の1箇所を除いてヒートシールすることにより閉口部を形成した。外装体内には、非水電解液を注入した。非水電解液は、フルオロエチレンカーボネート(FEC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比で1:9とした溶媒中に、リチウム塩として1.0M(mol/L)のLiPFが添加したものとした。そして、残りの1箇所を真空シール機によって減圧しながらヒートシールで密封し、リチウムイオン二次電池(フルセル)を作製した。 The laminate was inserted into the exterior of the laminate film and heat-sealed except for one peripheral portion to form a closed portion. A non-aqueous electrolyte was injected into the exterior. The non-aqueous electrolyte was a solvent of fluoroethylene carbonate (FEC) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 1:9, to which 1.0 M (mol/L) LiPF 6 was added as a lithium salt. The remaining portion was then sealed by heat sealing while reducing the pressure with a vacuum sealer, to produce a lithium ion secondary battery (full cell).

レート特性は、二次電池充放電試験装置を用いて測定した。レート特性は、電圧範囲を4.2Vから3.0Vまでとし、フルセル設計容量当たり1C=1000mAhとし、5C放電容量維持率(%)で評価した。5C放電容量維持率は、0.2Cの電流値でCCCV充電(定電流定電圧充電、終止電流値が0.05C)を行い0.2Cの電流値で放電したときの放電容量に対して、0.2Cの電流値でCCCV充電(定電流定電圧充電、終止電流値が0.05C)を行い5Cで放電したときの放電容量の割合であり、以下の式(1)で表される。 The rate characteristics were measured using a secondary battery charge/discharge test device. The rate characteristics were evaluated in terms of the 5C discharge capacity retention rate (%), with a voltage range of 4.2V to 3.0V, 1C = 1000mAh per full cell design capacity. The 5C discharge capacity retention rate is the ratio of the discharge capacity when CCCV charging (constant current constant voltage charging, end current value 0.05C) at a current value of 0.2C and discharging at a current value of 0.2C to the discharge capacity when CCCV charging (constant current constant voltage charging, end current value 0.05C) at a current value of 0.2C and discharging at a current value of 0.2C, and is expressed by the following formula (1).

(5C容量維持率(%))=(0.2CCCV充電/5C放電容量)/(0.2CCCV充電/0.2C放電容量)×100 ・・・(1) (5C capacity retention rate (%)) = (0.2CCCV charge/5C discharge capacity)/(0.2CCCV charge/0.2C discharge capacity) x 100...(1)

サイクル特性は、二次電池充放電試験装置(北斗電工株式会社製)を用いて、45℃の環境下で評価した。サイクル特性は、0.5Cで4.2Vまで定電流定電圧充電し、1Cで3.0Vまで定電流放電する充放電サイクルを200サイクル繰り返すことにより評価した。容量維持率は、初期(1回目)のサイクル目の放電容量を100%としたときの200サイクル目の放電容量である。 The cycle characteristics were evaluated in an environment of 45°C using a secondary battery charge/discharge tester (manufactured by Hokuto Denko Corporation). The cycle characteristics were evaluated by repeating a charge/discharge cycle of constant current/constant voltage charging at 0.5C to 4.2V and constant current discharging at 1C to 3.0V for 200 cycles. The capacity retention rate is the discharge capacity at the 200th cycle when the discharge capacity at the initial (first) cycle is taken as 100%.

「実施例2~5、比較例1、2」
正極スラリーの乾燥条件を変更した点が実施例1と異なる。乾燥条件は、搬送速度、乾燥温度、乾燥時間のいずれかを変更した。実施例1~5及び比較例1,2の製造条件の詳細は、表1にまとめた。表1における乾燥条件の1zから6zは、塗膜予熱期間、塗膜温度保持期間、塗膜温度上昇期間を処理する乾燥炉全体の距離を6分割して6つのゾーン(1z~6z)としたものである。表1における乾燥温度は、各ゾーンの中央における塗膜の温度である。
"Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 and 2"
This example differs from Example 1 in that the drying conditions for the positive electrode slurry were changed. The drying conditions were changed in any one of the following: conveying speed, drying temperature, and drying time. Details of the manufacturing conditions for Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 are summarized in Table 1. Drying conditions 1z to 6z in Table 1 are obtained by dividing the entire distance of the drying oven in which the coating film preheating period, coating film temperature holding period, and coating film temperature increase period are performed into six zones (1z to 6z) by six. The drying temperature in Table 1 is the temperature of the coating film at the center of each zone.

実施例2~5及び比較例1、2においても、実施例1と同様に、レート特性及び第1比率を求めた。 In Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, the rate characteristics and the first ratio were determined in the same manner as in Example 1.

実施例1~5及び比較例1、2の条件及び測定結果を表1にまとめた。 The conditions and measurement results for Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 are summarized in Table 1.

Figure 0007618467000001
Figure 0007618467000001

10 セパレータ
20 正極
22 正極集電体
24 正極活物質層
30 負極
32 負極集電体
34 負極活物質層
40 発電素子
50 外装体
52 金属箔
54 樹脂層
60、62 端子
100 リチウムイオン二次電池
A1 第1領域
A2 第2領域
A3 第3領域
A4 第4領域
A5 第5領域
A6 第6領域
10 Separator 20 Positive electrode 22 Positive electrode current collector 24 Positive electrode active material layer 30 Negative electrode 32 Negative electrode current collector 34 Negative electrode active material layer 40 Power generating element 50 Exterior body 52 Metal foil 54 Resin layers 60, 62 Terminal 100 Lithium ion secondary battery A1 First region A2 Second region A3 Third region A4 Fourth region A5 Fifth region A6 Sixth region

Claims (5)

集電体と、前記集電体の少なくとも一面に接する活物質層とを備え、
前記活物質層は、活物質と導電助剤とバインダーとを含み、
前記活物質層の前記集電体側の表面から厚み方向に前記活物質層の総厚みの16.7%以内の第1領域において、前記活物質層に対してグロー放電分光分析を行い求められる前記導電助剤の存在割合を前記バインダーの存在割合で割った第1比率が、全体平均の94%以上であり、
前記活物質層の前記集電体と反対側の表面から厚み方向に前記活物質層の総厚みの16.7%以内の第6領域における前記第1比率は、前記第1領域における前記第1比率より大きく、
前記第6領域における前記第1比率の全体平均に対する比率と、前記第1領域における前記第1比率の全体平均に対する比率と、の差は、20%以上25%以下である、電極。
A battery comprising a current collector and an active material layer in contact with at least one surface of the current collector,
The active material layer includes an active material, a conductive assistant, and a binder,
a first ratio, which is obtained by dividing the abundance ratio of the conductive assistant, which is determined by performing glow discharge spectroscopy on the active material layer, by the abundance ratio of the binder in a first region that is within 16.7% of the total thickness of the active material layer from the surface on the current collector side in a thickness direction of the active material layer, is 94% or more of the overall average,
the first ratio in a sixth region within 16.7% of the total thickness of the active material layer in a thickness direction from a surface of the active material layer opposite to the current collector is greater than the first ratio in the first region;
An electrode , wherein a difference between a ratio of the first ratio in the sixth region to the overall average and a ratio of the first ratio in the first region to the overall average is greater than or equal to 20% and less than or equal to 25% .
前記第1領域における前記第1比率が、全体平均の130%以下である、請求項1に記載の電極。 The electrode of claim 1, wherein the first ratio in the first region is 130% or less of the overall average. 前記バインダーにおけるフッ素元素に対する炭素元素の元素比は0.5以上2.1以下である、請求項1又は2に記載の電極。 3. The electrode according to claim 1 , wherein the atomic ratio of carbon to fluorine in the binder is 0.5 or more and 2.1 or less. 請求項1~のいずれか一項に記載の電極を備える、リチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising the electrode according to any one of claims 1 to 3 . 条件だし工程と、実乾燥工程とを有し、
前記条件だし工程は、
集電体上に塗布した活物質と導電助剤とバインダーとを含む塗膜を、搬送速度と乾燥温度と乾燥時間とのうちの少なくとも一つの条件を変えた複数の条件で乾燥させる第1工程と、
前記第1工程において前記塗膜を乾燥して得られた活物質層をそれぞれ分析し、前記活物質層の集電体の表面から厚み方向に前記活物質層の総厚みの16.7%以内の第1領域において、前記活物質層に対してグロー放電分光分析を行い求められる前記導電助剤の存在割合を前記バインダーの存在割合で割った第1比率が全体平均の94%以上となる、第1条件を求める第2工程と、を有し、
前記実乾燥工程は、前記第1条件で行われる、電極の製造方法。
The method includes a conditioning step and an actual drying step,
The conditioning step includes:
a first step of drying a coating film containing an active material, a conductive assistant, and a binder, which is applied onto a current collector, under a plurality of conditions in which at least one of a conveying speed, a drying temperature, and a drying time is changed;
a second step of analyzing each of the active material layers obtained by drying the coating film in the first step, and determining a first condition in which a first ratio, obtained by dividing the abundance ratio of the conductive assistant, obtained by performing glow discharge spectroscopy on the active material layer in a first region within 16.7% of the total thickness of the active material layer in a thickness direction from the surface of the current collector of the active material layer, by the abundance ratio of the binder, is 94% or more of an overall average,
The method for producing an electrode, wherein the actual drying step is performed under the first condition.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009004181A (en) 2007-06-20 2009-01-08 Nissan Motor Co Ltd Electrode for battery
JP2014007037A (en) 2012-06-22 2014-01-16 Toyota Motor Corp Method for manufacturing nonaqueous electrolytic secondary battery, and nonaqueous electrolytic secondary battery manufactured by the method
CN103579579A (en) 2012-08-06 2014-02-12 万向电动汽车有限公司 Lithium ion battery aqueous anode slurry and preparation method thereof
JP2018174096A (en) 2017-03-31 2018-11-08 株式会社Gsユアサ Power storage element
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